JP2020109190A - Fibrous cellulose, fibrous cellulose-containing material, formed body, and method for producing fibrous cellulose - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繊維状セルロース、繊維状セルロース含有物、成形体及び繊維状セルロースの製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to fibrous cellulose, a fibrous cellulose-containing material, a molded article, and a method for producing fibrous cellulose.
従来、セルロース繊維は、衣料や吸収性物品、紙製品等に幅広く利用されている。セルロース繊維としては、繊維径が10μm以上50μm以下の繊維状セルロースに加えて、繊維径が1μm以下の微細繊維状セルロースも知られている。微細繊維状セルロースは、新たな素材として注目されており、その用途は多岐にわたる。例えば、微細繊維状セルロースを含むシートや樹脂複合体、増粘剤の開発が進められている。 Conventionally, cellulose fibers have been widely used in clothing, absorbent articles, paper products and the like. As cellulose fibers, in addition to fibrous cellulose having a fiber diameter of 10 μm or more and 50 μm or less, fine fibrous cellulose having a fiber diameter of 1 μm or less is known. Fine fibrous cellulose has been attracting attention as a new material, and its uses are diverse. For example, the development of sheets, resin composites and thickeners containing fine fibrous cellulose is under way.
微細繊維状セルロースは、従来のセルロース繊維を機械処理することで製造可能であるが、セルロース繊維同士は水素結合により、強く結合している。したがって、単純に機械処理を行うのみでは、微細繊維状セルロースを得るまでに膨大なエネルギーが必要となる。より小さな機械処理エネルギーで微細繊維状セルロースを製造するためには、機械処理と合わせて、化学処理や生物処理といった前処理を行うことが有効であることが知られている。特に、化学処理により、セルロース表面のヒドロキシ基に親水性の官能基(例えば、カルボキシ基、カチオン基、リン酸基など)を導入すると、イオン同士の電気的な反発が生じ、かつイオンが水和することで、特に水系溶媒への分散性が著しく向上する。このため、化学処理を施さない場合に比べて微細化のエネルギー効率が高くなる。 The fine fibrous cellulose can be produced by mechanically treating conventional cellulose fibers, but the cellulose fibers are strongly bonded by hydrogen bonds. Therefore, enormous energy is required to obtain fine fibrous cellulose simply by performing mechanical treatment. It is known that pretreatment such as chemical treatment or biological treatment is effective in addition to mechanical treatment in order to produce fine fibrous cellulose with smaller mechanical treatment energy. In particular, when a hydrophilic functional group (for example, a carboxy group, a cation group, a phosphate group, etc.) is introduced into the hydroxy group on the surface of cellulose by chemical treatment, electric repulsion between the ions occurs and the ions are hydrated. By doing so, the dispersibility in an aqueous solvent is remarkably improved. Therefore, the energy efficiency of miniaturization is higher than that in the case where no chemical treatment is applied.
例えば、特許文献1には、リンオキソ酸或いはそれらの塩から選ばれる少なくとも1種の化合物により、セルロースを含む繊維原料を処理する工程と、解繊処理する工程を有する微細繊維状セルロースの製造方法が開示されている。また、特許文献2には、セルロースを含む繊維原料に対し、リン酸基を有する化合物または/およびその塩を尿素または/およびその誘導体の共存下で作用させ、繊維原料にリン酸基を導入する工程と、微細化処理する工程とを含むリン酸エステル化微細セルロース繊維の製造方法が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a method for producing fine fibrous cellulose, which has a step of treating a fiber raw material containing cellulose with at least one compound selected from phosphorus oxo acids or salts thereof, and a step of defibrating treatment. It is disclosed. Further, in Patent Document 2, a compound having a phosphoric acid group or/and a salt thereof is allowed to act on a fiber raw material containing cellulose in the presence of urea or/and a derivative thereof to introduce a phosphoric acid group into the fiber raw material. Disclosed is a method for producing phosphoric acid esterified fine cellulose fibers, which comprises a step and a step of subjecting to a refinement treatment.
特許文献3には、セルロース繊維に、亜リン酸類及び亜リン酸金属塩類の少なくともいずれか一方からなる添加物(A)、並びに尿素及び尿素誘導体の少なくともいずれか一方からなる添加物(B)を添加し、加熱及び洗浄した後に、解繊するセルロース微細繊維の製造方法が開示されている。 In Patent Document 3, an additive (A) composed of at least one of phosphorous acid and a metal salt of phosphorous acid and an additive (B) composed of at least one of urea and a urea derivative are added to a cellulose fiber. A method for producing a cellulose fine fiber which is defibrated after being added, heated and washed is disclosed.
上述したように、リンオキソ酸基を有する微細繊維状セルロースが知られている。ここで、本発明者らが、亜リン酸基を有する微細繊維状セルロースについて検討を進めたところ、亜リン酸基を含むリンオキソ酸基を多く導入しようとしてリンオキソ酸化処理時間を長くした場合は、意図しない亜リン酸基の脱離が生じたり、また、亜リン酸基を有する微細繊維状セルロースが黄変したりする場合があることがわかった。そして、このような微細繊維状セルロースを用いて得られる組成物においては、透明性が低下する傾向が見られた。 As described above, fine fibrous cellulose having a phosphorus oxo acid group is known. Here, when the present inventors proceeded with the study on the fine fibrous cellulose having a phosphite group, when the phosphorus oxo oxidation treatment time was lengthened in order to introduce many phosphorus oxo acid groups containing a phosphite group, It was found that unintended elimination of the phosphite group may occur or that the fine fibrous cellulose having the phosphite group may yellow. And, in the composition obtained by using such fine fibrous cellulose, there was a tendency that the transparency was lowered.
そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、亜リン酸基を有する微細繊維状セルロースの黄変を抑制しつつ、当該微細繊維状セルロースを用いて得られる組成物の透明性を高めることを目的として検討を進めた。 Therefore, the present inventors, in order to solve the problems of such conventional techniques, while suppressing the yellowing of the fine fibrous cellulose having a phosphite group, a composition obtained by using the fine fibrous cellulose The study was advanced with the aim of increasing transparency.
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、微細繊維状セルロースの製造工程において、リンオキソ酸化処理を複数回行い、各処理工程における尿素及び/又は尿素誘導体の分解率を所定値以下とすることにより、亜リン酸基を有する微細繊維状セルロースの黄変を抑制しつつ、当該微細繊維状セルロースを用いて得られる組成物の透明性を高めることに成功した。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
As a result of earnest studies to solve the above problems, the present inventors have carried out phosphorus oxo oxidation treatment a plurality of times in the production process of fine fibrous cellulose, and decomposed urea and/or urea derivative in each treatment process. By controlling the ratio to be a predetermined value or less, it has succeeded in increasing the transparency of the composition obtained by using the fine fibrous cellulose while suppressing the yellowing of the fine fibrous cellulose having a phosphite group.
Specifically, the present invention has the following configurations.
[1] 繊維幅が1000nm以下であり、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースであって、
繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合、A1が1.35mmol/g以上であり、かつA1/A2の値が0.51以上であり、
下記条件(a)でシートを形成した場合、該シートのYI値が6.0以下となる、繊維状セルロース;
条件(a):
固形分濃度が0.5質量%の繊維状セルロース分散液を作製し、該繊維状セルロース分散液100質量部に対して、0.5質量%濃度のポリエチレンオキサイド水溶液を20質量部添加し、塗工液とする;該塗工液を基材上に塗工して坪量が50g/m2のシートを形成する。
[2] 繊維幅が1000nm以下であり、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースであって、
亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基の導入量が1.35mmol/g以上であり、
下記条件(a)でシートを形成した場合、該シートのYI値が6.0以下となる、繊維状セルロース;
条件(a):
固形分濃度が0.5質量%の繊維状セルロース分散液を作製し、該繊維状セルロース分散液100質量部に対して、0.5質量%濃度のポリエチレンオキサイド水溶液を20質量部添加し、塗工液とする;該塗工液を基材上に塗工して坪量が50g/m2のシートを形成する。
[3] 条件(a)でシートを形成した場合、該シートのYI値が3.0以下となる、[1]又は[2]に記載の繊維状セルロース。
[4] 条件(a)でシートを形成した場合、該シートのYI値が1.5以下となる、[1]〜[3]のいずれかに記載の繊維状セルロース。
[5] [1]〜[4]のいずれかに記載の繊維状セルロースを含む繊維状セルロース含有組成物。
[6]溶媒を含む[5]に記載の繊維状セルロース含有組成物。
[7]溶媒が水であり、固形分濃度を0.2質量%とした場合の全光線透過率が80%以上である[6]に記載の繊維状セルロース含有組成物。
[8] [1]〜[4]のいずれかに記載の繊維状セルロース、もしくは、[5]〜[7]のいずれかに記載の繊維状セルロース含有組成物から形成される成形体。
[9] シート状である[8]に記載の成形体。
[10] リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースであって、繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1'とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2'とした場合、A1'が1.35mmol/g以上であり、かつA1'/A2'の値が0.51以上であり、重合度が500以上である繊維状セルロース。
[11] 亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースであって、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基の導入量が1.35mmol/g以上であり、重合度が500以上である繊維状セルロース。
[12] セルロース原料に対し、リンオキソ酸及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体と、を混合し、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有するセルロース原料を得る工程を含む繊維状セルロースの製造方法であって、
リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有するセルロース原料を得る工程は、セルロース原料に対し、リンオキソ酸及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、加熱する1サイクル工程を複数工程含み、
1サイクル工程における尿素及び/又は尿素誘導体の分解率が95%以下であり、
繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合、A1/A2の値が0.51以上である、繊維状セルロースの製造方法。
[13] セルロース原料に対し、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有するセルロース原料を得る工程を含む繊維状セルロースの製造方法であって、
亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基セルロース原料を得る工程は、セルロース原料に対し、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、加熱する1サイクル工程を複数工程含み、
1サイクル工程における尿素及び/又は尿素誘導体の分解率が95%以下である、繊維状セルロースの製造方法。
[1] A fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group,
When the first dissociated acid amount in the fibrous cellulose is A1 and the total dissociated acid amount in the fibrous cellulose is A2, A1 is 1.35 mmol/g or more and the value of A1/A2 is 0.51 or more. Yes,
Fibrous cellulose having a YI value of 6.0 or less when the sheet is formed under the following condition (a);
Condition (a):
A fibrous cellulose dispersion having a solid content concentration of 0.5% by mass was prepared, and 20 parts by mass of an aqueous polyethylene oxide solution having a concentration of 0.5% by mass was added to 100 parts by mass of the fibrous cellulose dispersion, followed by coating. A coating solution is applied onto a substrate to form a sheet having a basis weight of 50 g/m 2 .
[2] A fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphorous acid group or a substituent derived from a phosphorous acid group,
The introduced amount of the phosphite group or the substituent derived from the phosphite group is 1.35 mmol/g or more,
Fibrous cellulose having a YI value of 6.0 or less when the sheet is formed under the following condition (a);
Condition (a):
A fibrous cellulose dispersion having a solid content concentration of 0.5% by mass was prepared, and 20 parts by mass of an aqueous polyethylene oxide solution having a concentration of 0.5% by mass was added to 100 parts by mass of the fibrous cellulose dispersion, followed by coating. A coating solution is applied onto a substrate to form a sheet having a basis weight of 50 g/m 2 .
[3] The fibrous cellulose according to [1] or [2], which has a YI value of 3.0 or less when the sheet is formed under the condition (a).
[4] The fibrous cellulose according to any one of [1] to [3], which has a YI value of 1.5 or less when the sheet is formed under the condition (a).
[5] A fibrous cellulose-containing composition containing the fibrous cellulose according to any one of [1] to [4].
[6] The fibrous cellulose-containing composition according to [5], which contains a solvent.
[7] The fibrous cellulose-containing composition according to [6], wherein the solvent is water and the total light transmittance is 80% or more when the solid content concentration is 0.2% by mass.
[8] A molded product formed from the fibrous cellulose according to any one of [1] to [4] or the fibrous cellulose-containing composition according to any one of [5] to [7].
[9] The molded product according to [8], which is in the form of a sheet.
[10] A fibrous cellulose having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group, wherein the first dissociated acid amount in the fibrous cellulose is A1′ and the total dissociated acid amount in the fibrous cellulose is A2′. When this is done, fibrous cellulose having A1′ of 1.35 mmol/g or more, A1′/A2′ value of 0.51 or more, and a degree of polymerization of 500 or more.
[11] A fibrous cellulose having a phosphorous acid group or a substituent derived from a phosphorous acid group, wherein the introduction amount of the phosphorous acid group or a substituent derived from a phosphorous acid group is 1.35 mmol/g or more. And a fibrous cellulose having a degree of polymerization of 500 or more.
[12] A step of mixing a cellulose raw material with phosphorus oxo acid and/or a salt thereof and urea and/or a urea derivative to obtain a cellulose raw material having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group. A method for producing fibrous cellulose,
The step of obtaining a cellulose raw material having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group is one cycle in which the cellulose raw material is mixed with phosphorus oxo acid and/or a salt thereof and urea and/or a urea derivative and heated. Including multiple steps,
The decomposition rate of urea and/or urea derivative in one cycle process is 95% or less,
A method for producing fibrous cellulose, wherein A1/A2 is 0.51 or more, where A1 is the first dissociated acid amount in the fibrous cellulose and A2 is the total dissociated acid amount in the fibrous cellulose.
[13] Cellulose having a phosphorous acid group or a substituent derived from a phosphorous acid group obtained by mixing a compound having a phosphorous acid group and/or a salt thereof and urea and/or a urea derivative with a cellulose raw material. A method for producing fibrous cellulose, which comprises the step of obtaining a raw material,
In the step of obtaining a phosphorous acid group or a substituent cellulose raw material derived from a phosphorous acid group, the cellulose raw material is mixed with a compound having a phosphorous acid group and/or a salt thereof, and urea and/or a urea derivative. , Including a plurality of one cycle steps of heating,
A method for producing fibrous cellulose, wherein the decomposition rate of urea and/or urea derivative in one cycle step is 95% or less.
本発明によれば、亜リン酸基を有する微細繊維状セルロースの黄変を抑制しつつ、当該微細繊維状セルロースを用いて得られる組成物の透明性を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the transparency of the composition obtained using the said fine fibrous cellulose can be improved, suppressing the yellowing of the fine fibrous cellulose which has a phosphite group.
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. The description of the constituent elements described below may be made based on typical embodiments or specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments.
(繊維状セルロース)
本発明の第1の態様は、繊維幅が1000nm以下であり、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースに関する。ここで、繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合、A1が1.35mmol/g以上であり、かつA1/A2の値が0.51以上である。さらに、下記条件(a)でシートを形成した場合、該シートのYI値が6.0以下となる。
条件(a):
固形分濃度が0.5質量%の繊維状セルロース分散液を作製し、該繊維状セルロース分散液100質量部に対して、0.5質量%濃度のポリエチレンオキサイド水溶液を20質量部添加し、塗工液とする;該塗工液を基材上に塗工して坪量が50g/m2のシートを形成する。
(Fibrous cellulose)
A first aspect of the present invention relates to a fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from the phosphorus oxo acid group. Here, when the first dissociated acid amount in the fibrous cellulose is A1 and the total dissociated acid amount in the fibrous cellulose is A2, A1 is 1.35 mmol/g or more and the value of A1/A2 is 0. It is 51 or more. Furthermore, when a sheet is formed under the following condition (a), the YI value of the sheet becomes 6.0 or less.
Condition (a):
A fibrous cellulose dispersion having a solid content concentration of 0.5% by mass was prepared, and 20 parts by mass of an aqueous polyethylene oxide solution having a concentration of 0.5% by mass was added to 100 parts by mass of the fibrous cellulose dispersion, followed by coating. A coating solution is applied onto a substrate to form a sheet having a basis weight of 50 g/m 2 .
本発明の第2の態様は、繊維幅が1000nm以下であり、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースに関する。ここで、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基の導入量は1.35mmol/g以上であり、上記条件(a)でシートを形成した場合、該シートのYI値が6.0以下となる。なお、本明細書において、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を、単に亜リン酸基と呼ぶこともある。 A second aspect of the present invention relates to a fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphite group or a substituent derived from the phosphite group. Here, the introduction amount of the phosphite group or the substituent derived from the phosphite group is 1.35 mmol/g or more, and when the sheet is formed under the above condition (a), the YI value of the sheet is 6. It becomes 0 or less. In the present specification, the phosphorous acid group or the substituent derived from the phosphorous acid group may be simply referred to as a phosphorous acid group.
本発明の繊維状セルロースは、上記構成を有するものであるため、亜リン酸基を有する微細繊維状セルロースの黄変を抑制しつつ、当該微細繊維状セルロースを用いて得られる組成物の透明性を高めることができる。例えば、亜リン酸基を有する微細繊維状セルロースを用いてシート等の成形体を形成する際には、成形工程において熱がかけられるが、そのような場合であっても微細繊維状セルロースの黄変が抑制され、結果として、黄変の少ない成形体が得られる。また、このような微細繊維状セルロースを含む分散液や成形体において、その透明性を高めることができる。 Since the fibrous cellulose of the present invention has the above-mentioned constitution, transparency of a composition obtained by using the fine fibrous cellulose while suppressing yellowing of the fine fibrous cellulose having a phosphite group Can be increased. For example, when a molded product such as a sheet is formed by using fine fibrous cellulose having a phosphite group, heat is applied in the molding process. As a result, a molded product with less yellowing can be obtained. In addition, the transparency of the dispersion or molded product containing such fine fibrous cellulose can be improved.
通常、微細繊維状セルロースを含む分散液等の透明性を高めようとした場合、亜リン酸基といったアニオン性基を多く導入することで、繊維の解繊度合いを高めることが行われている。ここで、亜リン酸基を繊維状セルロースへ導入しようとした場合、リンオキソ酸化処理時間を長くすることが考えられるが、このような場合には、逆に亜リン酸基の脱離が進行する場合があることを本発明者らは突き止めた。また、リンオキソ酸化処理時間を長くした場合、繊維状セルロースが黄変することも確認され、さらに微細繊維状セルロースを含む組成物の透明性が低下する傾向も見られた。このため、本発明では、リンオキソ酸化処理時間を単に延ばすのではなく、リンオキソ酸基導入工程を複数回とし、さらに、各回の尿素分解率を適切にコントロールすることにより、繊維状セルロースにおける亜リン酸基の導入量を高めることとした。このような製造方法を採用した場合には、亜リン酸基の導入量を高めることができ、また、繊維状セルロースの黄変も抑制することが可能となる。また、亜リン酸基の導入量を高めることができるため、微細繊維状セルロースを含む組成物の透明性も向上する。 Usually, when it is attempted to improve the transparency of a dispersion liquid containing fine fibrous cellulose, the degree of fiber disintegration is increased by introducing many anionic groups such as phosphite groups. Here, when trying to introduce the phosphite group into the fibrous cellulose, it is conceivable that the phosphoroxo oxidation treatment time is lengthened, but in such a case, desorption of the phosphite group proceeds conversely. The present inventors have found that there are cases. Further, it was confirmed that the fibrous cellulose turned yellow when the phosphorus oxo oxidation treatment time was prolonged, and the transparency of the composition containing the fine fibrous cellulose tended to decrease. Therefore, in the present invention, rather than simply extending the phosphorus oxo oxidation treatment time, the phosphorus oxo acid group introduction step is performed multiple times, and further, by appropriately controlling the urea decomposition rate at each time, the phosphorous acid in the fibrous cellulose is increased. It was decided to increase the amount of introduced groups. When such a production method is adopted, the introduction amount of the phosphite group can be increased, and the yellowing of the fibrous cellulose can be suppressed. Further, since the introduction amount of the phosphite group can be increased, the transparency of the composition containing fine fibrous cellulose is also improved.
上記条件(a)でシートを形成した場合、シートのYI値は、6.0以下であればよく、4.5以下であることが好ましく、3.0以下であることがより好ましく、1.5以下であることがさらに好ましい。なお、シートのYI値の下限値は特に限定されるものではなく、0.0であってもよい。シートのYI値は、JIS K 7373に準拠して測定される値である。測定装置としては、例えば、スガ試験機株式会社製のColour Cute iを用いることができる。 When the sheet is formed under the above condition (a), the YI value of the sheet may be 6.0 or less, preferably 4.5 or less, more preferably 3.0 or less, and 1. It is more preferably 5 or less. The lower limit of the YI value of the sheet is not particularly limited and may be 0.0. The YI value of the sheet is a value measured according to JIS K7373. As the measuring device, for example, Color Cute i manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd. can be used.
本発明の繊維状セルロースを水に分散させて固形分濃度が0.2質量%の分散液とした場合、該分散液の全光線透過率は、80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましく、98%以上であることが特に好ましい。ここで、分散液の全光線透過率は、JIS K 7361に準拠して測定される値である。分散液の全光線透過率はヘーズメータを用いて測定する。この際、光路長1cmの液体用ガラスセルを用いる。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行う。測定の前には、分散液を23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置し、分散液の液温を23℃とする。 When the fibrous cellulose of the present invention is dispersed in water to obtain a dispersion having a solid content concentration of 0.2% by mass, the total light transmittance of the dispersion is preferably 80% or more, and 90% or more. Is more preferable, 95% or more is still more preferable, and 98% or more is particularly preferable. Here, the total light transmittance of the dispersion liquid is a value measured according to JIS K7361. The total light transmittance of the dispersion is measured using a haze meter. At this time, a glass cell for liquid having an optical path length of 1 cm is used. The zero point measurement is performed with ion-exchanged water contained in the glass cell. Before the measurement, the dispersion liquid is allowed to stand for 24 hours in an environment of 23° C. and a relative humidity of 50% so that the liquid temperature of the dispersion liquid is 23° C.
なお、本発明は、繊維幅が1000nmを超える繊維状セルロースに関するものであってもよい。本発明の第3の態様は、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースであって、繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1'とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2'とした場合、A1'が1.35mmol/g以上であり、かつA1'/A2'の値が0.51以上であり、重合度が500以上である繊維状セルロースに関する。 The present invention may be related to fibrous cellulose having a fiber width of more than 1000 nm. A third aspect of the present invention is a fibrous cellulose having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group, wherein the first dissociation acid amount in the fibrous cellulose is A1′ and the total dissociation in the fibrous cellulose is When the acid amount is A2', A1' is 1.35 mmol/g or more, the value of A1'/A2' is 0.51 or more, and the degree of polymerization is 500 or more.
また、本発明の第4の態様は、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースであって、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基の導入量が1.35mmol/g以上であり、重合度が500以上である繊維状セルロースに関する。 Further, a fourth aspect of the present invention is a fibrous cellulose having a phosphite group or a substituent derived from a phosphite group, the introduction of a phosphite group or a substituent derived from a phosphite group It relates to fibrous cellulose having an amount of 1.35 mmol/g or more and a degree of polymerization of 500 or more.
上述したように、従来、微細繊維状セルロースを含む分散液等の透明性を高めようとした場合、亜リン酸基といったアニオン性基を多く導入することで、繊維の解繊度合いを高めることが行われている。ここで、亜リン酸基を繊維状セルロースへ導入しようとした場合、リンオキソ酸化処理時間を長くすることが考えられる。しかし、本発明者らは、このような場合には、微細化前の繊維状セルロースの重合度が低下する傾向があることを突き止めた。そこで、本発明者らは、鋭意検討を行った結果、リンオキソ酸基導入工程を複数回とし、さらに、各回の尿素分解率を適切にコントロールすることにより、微細化前の繊維状セルロースの重合度の低下を抑制することに成功した。その結果、得られる繊維状セルロースの黄変を抑制することを見出した。さらに繊維状セルロースを微細化した場合に、微細繊維状セルロースの黄変をより効果的に抑制することができ、また微細繊維状セルロースを含む組成物の透明性をより高め得ることを見出した。 As described above, conventionally, when trying to enhance the transparency of a dispersion liquid or the like containing fine fibrous cellulose, it is possible to increase the defibration degree of the fibers by introducing a large amount of anionic groups such as phosphite groups. Has been done. Here, when trying to introduce a phosphite group into fibrous cellulose, it is conceivable to lengthen the phosphoroxo oxidation treatment time. However, the present inventors have found that in such a case, the degree of polymerization of the fibrous cellulose before miniaturization tends to decrease. Therefore, as a result of intensive studies, the inventors of the present invention carried out the phosphorus oxo acid group introduction step multiple times, and further, by appropriately controlling the urea decomposition rate at each time, the degree of polymerization of the fibrous cellulose before miniaturization. Succeeded in suppressing the decrease of. As a result, they have found that the yellowing of the obtained fibrous cellulose is suppressed. Further, it has been found that when the fibrous cellulose is miniaturized, yellowing of the fine fibrous cellulose can be more effectively suppressed, and the transparency of the composition containing the fine fibrous cellulose can be further enhanced.
微細化前の繊維状セルロースの重合度は、500以上であることが好ましく、550以上であることがより好ましく、600以上であることがさらに好ましい。また、繊維状セルロースの重合度は、2000以下であることが好ましい。微細化前の繊維状セルロースの重合度を上記範囲内とすることにより、微細化した微細繊維状セルロースを分散媒に分散させて分散液とした際に、透明性の高い分散液が得られやすくなる。また、微細繊維状セルロースを含む分散液からシートを形成した場合、YI値が低いシートが得られやすくなる。なお、微細化前の繊維状セルロースは、例えば、繊維幅が1000nmよりも大きい繊維状セルロースである。 The degree of polymerization of the fibrous cellulose before micronization is preferably 500 or more, more preferably 550 or more, and further preferably 600 or more. The degree of polymerization of fibrous cellulose is preferably 2000 or less. By setting the degree of polymerization of the fibrous cellulose before micronization within the above range, when the micronized fine fibrous cellulose is dispersed in a dispersion medium to prepare a dispersion liquid, a highly transparent dispersion liquid is easily obtained. Become. Moreover, when a sheet is formed from a dispersion liquid containing fine fibrous cellulose, a sheet having a low YI value is easily obtained. The fibrous cellulose before being micronized is, for example, fibrous cellulose having a fiber width of more than 1000 nm.
繊維状セルロースの重合度は、Tappi T230に従い測定されたパルプ粘度から計算した値である。具体的には、測定対象の繊維状セルロースを、銅エチレンジアミン水溶液に分散させて測定した粘度(η1とする)、及び分散媒体のみで測定したブランク粘度(η0とする)を測定したのち、比粘度(ηsp)、固有粘度([η])を下記式に従って測定する。
ηsp=(η1/η0)−1
[η]=ηsp/(c(1+0.28×ηsp))
ここで、式中のcは、粘度測定時の繊維状セルロースの濃度を示す。
さらに、下記式から重合度(DP)を算出する。
DP=1.75×[η]
この重合度は粘度法によって測定された平均重合度であることから、「粘度平均重合度」と称されることもある。
The degree of polymerization of fibrous cellulose is a value calculated from the pulp viscosity measured according to Tappi T230. Specifically, the fibrous cellulose to be measured is dispersed in an aqueous solution of copper ethylenediamine to obtain a viscosity (η1) and a blank viscosity (η0) measured only with a dispersion medium, and then a specific viscosity is measured. (Ηsp) and intrinsic viscosity ([η]) are measured according to the following formulas.
ηsp=(η1/η0)-1
[Η]=ηsp/(c(1+0.28×ηsp))
Here, c in the formula represents the concentration of fibrous cellulose at the time of viscosity measurement.
Furthermore, the degree of polymerization (DP) is calculated from the following formula.
DP=1.75×[η]
Since this degree of polymerization is an average degree of polymerization measured by a viscosity method, it may be referred to as a “viscosity average degree of polymerization”.
本発明の第1の態様及び第2の態様において、繊維状セルロースの繊維幅は1000nm以下である。繊維状セルロースの繊維幅は100nm以下であることが好ましく、8nm以下であることがより好ましい。これにより、溶媒に対する分散性をより効果的に高めることができる。なお、本明細書において、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを微細繊維状セルロースと呼ぶこともある。 In the first aspect and the second aspect of the present invention, the fiber width of the fibrous cellulose is 1000 nm or less. The fiber width of the fibrous cellulose is preferably 100 nm or less, more preferably 8 nm or less. Thereby, the dispersibility in the solvent can be more effectively enhanced. In the present specification, fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less may be referred to as fine fibrous cellulose.
本発明の第3の態様及び第4の態様では、繊維状セルロースの平均繊維幅は、1000nmより大きくてもよい。なお、この場合、繊維状セルロースの繊維幅は50μm以下であることが好ましく、40μm以下であることがより好ましく、30μm以下であることがさらに好ましい。 In the third and fourth aspects of the invention, the average fiber width of the fibrous cellulose may be greater than 1000 nm. In this case, the fiber width of the fibrous cellulose is preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, and further preferably 30 μm or less.
繊維状セルロースの繊維幅は、たとえば電子顕微鏡観察などにより測定することが可能である。繊維状セルロースの平均繊維幅は、1000nmより大きくてもよく、1000nm以下であってもよい。例えば、繊維状セルロースの平均繊維幅が1000nmより大きい場合は、1μmより大きく50μm以下であることが好ましく、1μmより大きく40μm以下であることがより好ましく、1μmより大きく30μm以下であることがさらに好ましい。また、繊維状セルロースの平均繊維幅が1000nm以下の場合は、2nm以上1000nm以下であることが好ましく、2nm以上100nm以下であることがより好ましく、2nm以上50nm以下であることがさらに好ましく、2nm以上10nm以下であることが特に好ましい。なお、繊維状セルロースは、たとえば単繊維状のセルロースである。 The fiber width of the fibrous cellulose can be measured by, for example, observation with an electron microscope. The average fiber width of the fibrous cellulose may be larger than 1000 nm or 1000 nm or less. For example, when the average fiber width of the fibrous cellulose is greater than 1000 nm, it is preferably greater than 1 μm and less than or equal to 50 μm, more preferably greater than 1 μm and less than or equal to 40 μm, and even more preferably greater than 1 μm and less than or equal to 30 μm. .. When the average fiber width of the fibrous cellulose is 1000 nm or less, it is preferably 2 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, further preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and 2 nm or more. Particularly preferably, it is 10 nm or less. The fibrous cellulose is, for example, monofilament cellulose.
繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば電子顕微鏡を用いて以下のようにして測定される。まず、濃度0.05質量%以上0.1質量%以下の繊維状セルロースの水系懸濁液を調製し、この懸濁液を親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストしてTEM観察用試料とする。幅の広い繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面のSEM像を観察してもよい。次いで、観察対象となる繊維の幅に応じて1000倍、5000倍、10000倍あるいは50000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。但し、試料、観察条件や倍率は下記の条件を満たすように調整する。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を目視で読み取る。このようにして、少なくとも互いに重なっていない表面部分の観察画像を3組以上得る。次いで、各画像に対して、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を読み取る。これにより、少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。そして、読み取った繊維幅の平均値を、繊維状セルロースの平均繊維幅とする。
The average fiber width of the fibrous cellulose is measured, for example, using an electron microscope as follows. First, an aqueous suspension of fibrous cellulose having a concentration of 0.05% by mass or more and 0.1% by mass or less is prepared, and the suspension is cast on a hydrophilized carbon film-coated grid to obtain a TEM observation sample. And When a wide fiber is included, an SEM image of the surface cast on glass may be observed. Then, observation with an electron microscope image is performed at a magnification of 1000 times, 5000 times, 10000 times or 50000 times according to the width of the fiber to be observed. However, the sample, observation conditions and magnification are adjusted so as to satisfy the following conditions.
(1) One straight line X is drawn at an arbitrary position in the observed image, and 20 or more fibers intersect the straight line X.
(2) A straight line Y perpendicular to the straight line is drawn in the same image, and 20 or more fibers intersect the straight line Y.
The width of the fiber intersecting the straight line X and the straight line Y is visually read from the observed image satisfying the above conditions. In this way, at least three sets of observation images of surface portions that do not overlap each other are obtained. Then, for each image, the width of the fiber intersecting the straight line X and the straight line Y is read. Thereby, the fiber width of at least 20 fibers×2×3=120 fibers is read. Then, the average value of the read fiber width is set as the average fiber width of the fibrous cellulose.
繊維状セルロースの繊維長は、特に限定されないが、繊維幅が1000nmより大きい場合、繊維長はたとえば0.1mm以上であることが好ましく、0.6mm以上であることがより好ましい。また、繊維長は50mm以下であることが好ましく、20mm以下であることがより好ましい。繊維幅が1000nm以下の場合、繊維長はたとえば0.1μm以上であることが好ましい。また、繊維長は、1000μm以下であることが好ましく、800μm以下であることがより好ましく、600μm以下であることがさらに好ましい。繊維長を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースの結晶領域の破壊を抑制できる。また、繊維状セルロースのスラリー粘度を適切な範囲とすることも可能となる。なお、繊維状セルロースの繊維長は、たとえばTEM、SEM、AFMによる画像解析より求めることができる。 The fiber length of the fibrous cellulose is not particularly limited, but when the fiber width is larger than 1000 nm, the fiber length is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.6 mm or more. Further, the fiber length is preferably 50 mm or less, more preferably 20 mm or less. When the fiber width is 1000 nm or less, the fiber length is preferably 0.1 μm or more. The fiber length is preferably 1000 μm or less, more preferably 800 μm or less, and further preferably 600 μm or less. By setting the fiber length within the above range, breakage of the crystalline region of the fibrous cellulose can be suppressed. It is also possible to set the slurry viscosity of the fibrous cellulose within an appropriate range. The fiber length of the fibrous cellulose can be determined by image analysis using TEM, SEM, or AFM, for example.
繊維状セルロースはI型結晶構造を有していることが好ましい。ここで、繊維状セルロースがI型結晶構造を有することは、グラファイトで単色化したCuKα(λ=1.5418Å)を用いた広角X線回折写真より得られる回折プロファイルにおいて同定できる。具体的には、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。微細繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は、たとえば30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。これにより、耐熱性と低線熱膨張率発現の点でさらに優れた性能が期待できる。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求められる(Seagalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。 The fibrous cellulose preferably has a type I crystal structure. Here, the fact that the fibrous cellulose has an I-type crystal structure can be identified in a diffraction profile obtained from a wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ=1.5418Å) monochromated with graphite. Specifically, it can be identified by having typical peaks at two positions near 2θ=14° or more and 17° or less and around 2θ=22° or more and 23° or less. The proportion of the I-type crystal structure in the fine fibrous cellulose is, for example, preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and further preferably 50% or more. Thereby, further excellent performance can be expected in terms of heat resistance and low linear thermal expansion coefficient. The crystallinity is obtained by measuring an X-ray diffraction profile and using the pattern according to a conventional method (Seagal et al., Textile Research Journal, Vol. 29, page 786, 1959).
繊維状セルロースの軸比(繊維長/繊維幅)は、特に限定されないが、たとえば20以上10000以下であることが好ましく、50以上1000以下であることがより好ましい。軸比を上記下限値以上とすることにより、微細繊維状セルロースを含有するシートを形成しやすい。軸比を上記上限値以下とすることにより、たとえば繊維状セルロースを分散液として扱う際に、希釈等のハンドリングがしやすくなる点で好ましい。 The axial ratio (fiber length/fiber width) of the fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 20 or more and 10000 or less, and more preferably 50 or more and 1000 or less. By setting the axial ratio to the above lower limit or more, it is easy to form a sheet containing fine fibrous cellulose. By setting the axial ratio to be equal to or less than the above upper limit, for example, when handling fibrous cellulose as a dispersion liquid, handling such as dilution becomes easy, which is preferable.
本実施形態における繊維状セルロースは、たとえば結晶領域と非結晶領域をともに有している。特に、結晶領域と非結晶領域をともに有し、かつ軸比が高い微細繊維状セルロースは、後述する微細繊維状セルロースの製造方法により実現されるものである。 The fibrous cellulose in this embodiment has both a crystalline region and an amorphous region, for example. In particular, fine fibrous cellulose having both a crystalline region and an amorphous region and a high axial ratio is realized by the method for producing fine fibrous cellulose described below.
繊維状セルロースはリンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基(単にリンオキソ酸基ということもある)を有する。なお、リンオキソ酸基に由来する置換基には、リンオキソ酸基の塩、リンオキソ酸エステル基などの置換基が含まれる。 Fibrous cellulose has a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group (sometimes referred to simply as a phosphorus oxo acid group). The substituent derived from the phosphorus oxo acid group includes a substituent such as a salt of the phosphorus oxo acid group and a phosphorus oxo acid ester group.
繊維状セルロースに対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば中和滴定法により測定することができる。中和滴定法による測定では、得られた繊維状セルロースを含有するスラリーに、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリを加えながらpHの変化を求めることにより、導入量を測定する。 The amount of phosphorus oxo acid group introduced into the fibrous cellulose can be measured, for example, by the neutralization titration method. In the measurement by the neutralization titration method, the introduced amount is measured by determining the pH change while adding an alkali such as an aqueous sodium hydroxide solution to the obtained slurry containing fibrous cellulose.
図1は、リンオキソ酸基を有する繊維状セルロース含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。繊維状セルロースに対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば次のように測定される。
測定対象の繊維状セルロースが微細化前の繊維状セルロースである場合は、まず、繊維状セルロースに酸処理を行う。繊維状セルロースの酸処理では、繊維状セルロースを、含有量が2質量%となるようイオン交換水で希釈し、撹拌しながら、十分な量の1N塩酸水溶液を少しずつ添加する。次いで、このパルプ懸濁液を15分間撹拌したのち脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水で希釈し、繊維状セルロース100質量部(絶乾質量)に対し、1N塩酸水溶液を1000質量部添加する。この操作を5回繰り返すことにより、繊維状セルロース中に含まれるリンオキソ酸基を完全に酸型へ変化させる。さらに、このパルプ懸濁液を撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返すことにより、余剰の塩酸を十分に洗い流す。その後、得られた酸型繊維状セルロースを、含有量が0.2質量%となるように希釈して懸濁液を作製する。なお、必要に応じて、酸処理の後に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。得られた懸濁液に対して、後述するアルカリによる中和滴定を行う。
測定対象の繊維状セルロースが、微細繊維状セルロースである場合は、まず、微細繊維状セルロースを含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。強酸性イオン交換樹脂で処理したスラリーに対して、後述するアルカリによる中和滴定を行う。
アルカリによる中和滴定では、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図1の上側部に示すような滴定曲線を得る。図1の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図1の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ確認される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第1解離酸量と等しくなり、第1終点から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第2解離酸量と等しくなり、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の総解離酸量と等しくなる。そして、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、リンオキソ酸基導入量(mmol/g)となる。なお、単にリンオキソ酸基導入量(またはリンオキソ酸基量)と言った場合は、第1解離酸量のことを表す。
なお、図1において、滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼び、第1終点から第2終点までの領域を第2領域と呼ぶ。例えば、リンオキソ酸基がリン酸基の場合であって、このリン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上、リンオキソ酸基における弱酸性基量(本明細書では第2解離酸量ともいう)が低下し、第1領域に必要としたアルカリ量と比較して第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなる。一方、リンオキソ酸基における強酸性基量(本明細書では第1解離酸量ともいう)は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致する。また、リンオキソ酸基が亜リン酸基の場合は、リンオキソ酸基に弱酸性基が存在しなくなるため、第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなるか、第2領域に必要としたアルカリ量はゼロとなる場合もある。この場合、滴定曲線において、pHの増分が極大となる点は一つとなる。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the dropping amount of NaOH and pH for a slurry containing fibrous cellulose having a phosphorous acid group. The amount of phosphorus oxo acid group introduced into the fibrous cellulose is measured, for example, as follows.
When the fibrous cellulose to be measured is the fibrous cellulose before micronization, first, the fibrous cellulose is subjected to an acid treatment. In the acid treatment of fibrous cellulose, the fibrous cellulose is diluted with ion-exchanged water so that the content becomes 2% by mass, and a sufficient amount of 1N hydrochloric acid aqueous solution is added little by little while stirring. Next, this pulp suspension is stirred for 15 minutes and then dehydrated to obtain a dehydrated sheet, which is diluted again with ion-exchanged water, and 1000 parts of 1N hydrochloric acid aqueous solution is added to 100 parts by mass of fibrous cellulose (absolute dry mass). Add parts by mass. By repeating this operation 5 times, the phosphorus oxo acid group contained in the fibrous cellulose is completely converted to the acid form. Further, the pulp suspension is stirred and uniformly dispersed, and then filtered and dehydrated to obtain a dehydrated sheet. By repeating the operation, excess hydrochloric acid is sufficiently washed out. Then, the obtained acid-type fibrous cellulose is diluted to a content of 0.2 mass% to prepare a suspension. If necessary, after the acid treatment, a defibration treatment similar to the defibration treatment step described below may be performed on the measurement target. The obtained suspension is subjected to neutralization titration with an alkali described later.
When the fibrous cellulose to be measured is fine fibrous cellulose, first, a slurry containing fine fibrous cellulose is treated with a strongly acidic ion exchange resin. If necessary, a defibration process similar to the defibration process step described below may be performed on the measurement target before the treatment with the strongly acidic ion exchange resin. The slurry treated with the strongly acidic ion exchange resin is subjected to neutralization titration with an alkali described below.
In the neutralization titration with alkali, the pH change is observed while adding an aqueous sodium hydroxide solution, and a titration curve as shown in the upper part of FIG. 1 is obtained. In the titration curve shown in the upper part of FIG. 1, the measured pH is plotted against the amount of alkali added, and in the titration curve shown in the lower part of FIG. 1, the pH is plotted against the amount of alkali added. The increment (differential value) (1/mmol) is plotted. In this neutralization titration, two points at which the increment (the differential value of pH with respect to the amount of alkali added) is maximized are confirmed in the curve plotting the pH measured with respect to the amount of alkali added. Among these, the maximum point of the increment obtained first after adding alkali is referred to as a first end point, and the maximum point of the increment obtained next is referred to as a second end point. The amount of alkali required from the start of titration to the first end point becomes equal to the amount of the first dissociated acid of fibrous cellulose contained in the slurry used for the titration, and the alkali amount required from the first end point to the second end point. The amount becomes equal to the amount of the second dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for the titration, and the amount of alkali required from the start of the titration to the second end point becomes the total amount of the dissociated acid in the slurry used for the titration. Will be equal. The value obtained by dividing the amount of alkali required from the start of titration to the first end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated is the phosphorus oxo acid group introduction amount (mmol/g). In addition, when simply saying the phosphorus oxo acid group introduction amount (or phosphorus oxo acid group amount), it means the first dissociation acid amount.
In FIG. 1, the region from the start of titration to the first end point is called the first region, and the region from the first end point to the second end point is called the second region. For example, when the phosphorous acid group is a phosphoric acid group and the phosphoric acid group causes condensation, the amount of the weakly acidic group in the phosphorous acid group (also referred to as the amount of the second dissociated acid in the present specification) is apparent. As a result, the amount of alkali required for the second region decreases compared to the amount of alkali required for the first region. On the other hand, the amount of the strongly acidic group in the phosphorus oxo acid group (also referred to as the amount of the first dissociated acid in the present specification) matches the amount of phosphorus atoms regardless of the presence or absence of condensation. When the phosphorous acid group is a phosphorous acid group, the weak acid group does not exist in the phosphorous acid group, so that the alkali amount required for the second region is reduced or the alkali amount required for the second region is reduced. May be zero. In this case, there is only one point in the titration curve where the pH increment becomes maximum.
なお、滴定法によるリンオキソ酸基量の測定においては、水酸化ナトリウム水溶液1滴の滴下量が多すぎる場合や、滴定間隔が短すぎる場合、本来より低いリンオキソ酸基量となるなど正確な値が得られないことがある。適切な滴下量、滴定間隔としては、例えば、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を5〜30秒に10〜50μLずつ滴定するなどが望ましい。また、繊維状セルロース含有スラリーに溶解した二酸化炭素の影響を排除するため、例えば、滴定開始の15分前から滴定終了まで、窒素ガスなどの不活性ガスをスラリーに吹き込みながら測定するなどが望ましい。 In the measurement of the amount of phosphorus oxo acid group by the titration method, an accurate value such as a lower amount of phosphorus oxo acid group than originally should be obtained when the amount of one drop of the aqueous sodium hydroxide solution is too large or the titration interval is too short. Sometimes you can't get it. As an appropriate dropping amount and titration interval, for example, it is desirable to titrate 0.1N sodium hydroxide aqueous solution by 10 to 50 μL in 5 to 30 seconds. In order to eliminate the influence of carbon dioxide dissolved in the fibrous cellulose-containing slurry, it is desirable to measure while blowing an inert gas such as nitrogen gas into the slurry from 15 minutes before the start of titration to the end of titration.
本発明の第1の態様において、繊維状セルロースにおける第1解離酸量(mmol/g)をA1とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量(mmol/g)をA2とした場合、A1は、1.35mmol/g以上であればよく、1.50mmol/g以上であることが好ましく、1.75mmol/g以上であることがより好ましく、2.00mmol/g以上であることがさらに好ましい。また、A1は、5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。本明細書において、A1は、リンオキソ酸基導入量またはリンオキソ酸基量と同義であるので、リンオキソ酸基導入量(またはリンオキソ酸基量)も上記範囲内であることが好ましい。ここで、単位mmol/gは、リンオキソ酸基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの繊維状セルロースの質量1gあたりの置換基量を示す。リンオキソ酸基の導入量(A1)を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。また、リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、分散液等の組成物やシートを形成した場合には、組成物やシートは高い透明性を発揮することができる。なお、A1’の値も上記範囲範囲内であることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, when the first dissociated acid amount (mmol/g) in the fibrous cellulose is A1 and the total dissociated acid amount (mmol/g) in the fibrous cellulose is A2, A1 is 1 It may be 0.35 mmol/g or more, preferably 1.50 mmol/g or more, more preferably 1.75 mmol/g or more, and further preferably 2.00 mmol/g or more. Further, A1 is preferably 5.20 mmol/g or less, more preferably 3.65 mmol/g or less, and further preferably 3.00 mmol/g or less. In the present specification, A1 has the same meaning as the phosphorus oxo acid group introduction amount or the phosphorus oxo acid group amount, so that the phosphorus oxo acid group introduction amount (or phosphorus oxo acid group amount) is also preferably within the above range. Here, the unit mmol/g indicates the amount of the substituent per 1 g of the mass of the fibrous cellulose when the counter ion of the phosphorus oxo acid group is a hydrogen ion (H + ). By setting the introduction amount (A1) of the phosphorus oxo acid group within the above range, it is possible to easily miniaturize the fiber raw material, and it is possible to enhance the stability of the fibrous cellulose. Further, by setting the introduction amount of the phosphorus oxo acid group within the above range, when the composition or sheet such as the dispersion liquid is formed, the composition or sheet can exhibit high transparency. The value of A1′ is also preferably within the above range.
本発明の第1の態様では、A1/A2の値は0.51以上であることが好ましく、0.64以上であることがより好ましく、0.80以上であることがさらに好ましい。また、A1/A2の値の上限値は1.0であることが好ましい。ここで、繊維状セルロースにおける第1解離酸量(A1)は、上述した滴定曲線において、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値である。すなわち、第1解離酸量(A1)は第1段階で電離し、中和される酸の物質量(mmol)を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値である。また、繊維状セルロースにおける総解離酸量(A2)は滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値である。すなわち、総解離酸量(A2)は全段階で電離し、中和される全ての酸の物質量(mmol)を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値である。このため、A1/A2の値が1に近いほど弱酸量(リンオキソ酸基における弱酸性基量など)が少ないことを意味する。本発明の第1の態様では、A1/A2の値を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースの黄変を抑制しつつ、当該微細繊維状セルロースを用いて得られる組成物の透明性を高めることができる。なお、A1’/A2’の値も上記範囲であることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the value of A1/A2 is preferably 0.51 or more, more preferably 0.64 or more, and further preferably 0.80 or more. Further, the upper limit value of A1/A2 is preferably 1.0. Here, the first dissociated acid amount (A1) in the fibrous cellulose is the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the first end point in the titration curve described above, and the solid content (g ) Divided by. That is, the first dissociated acid amount (A1) is a value obtained by dividing the substance amount (mmol) of the acid ionized and neutralized in the first step by the solid content (g) in the titration target slurry. The total amount of dissociated acid (A2) in the fibrous cellulose is a value obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the second end point by the solid content (g) in the titration target slurry. That is, the total dissociated acid amount (A2) is a value obtained by dividing the substance amount (mmol) of all the acids that are ionized and neutralized in all stages by the solid content (g) in the titration target slurry. Therefore, as the value of A1/A2 is closer to 1, it means that the amount of weak acid (such as the amount of weakly acidic group in phosphorous acid group) is smaller. In the first aspect of the present invention, the transparency of the composition obtained by using the fine fibrous cellulose is suppressed while controlling the yellowing of the fine fibrous cellulose by setting the value of A1/A2 within the above range. Can be increased. The value of A1'/A2' is also preferably within the above range.
なお、A1/A2の値は、リン酸基が縮合した場合、亜リン酸基が存在する場合、どちらの場合でも1に近づく。A1/A2が1に近づく要因が、リン酸基の縮合か、亜リン酸基の存在か、どちらに因るものか判断する方法としては、例えば、酸加水分解などのリン酸の縮合構造を切断する処理を行ってから上記の滴定操作を行う方法、酸化処理などの亜リン酸基をリン酸基へ変換する処理を行ってから上記の滴定操作を行う方法などが挙げられる。 The value of A1/A2 approaches 1 in both cases where the phosphoric acid group is condensed and when the phosphorous acid group is present. As a method for determining whether the factor that A1/A2 approaches 1 is due to the condensation of a phosphoric acid group or the presence of a phosphorous acid group, for example, a condensed structure of phosphoric acid such as acid hydrolysis is used. Examples include a method of performing the above-mentioned titration operation after the treatment of cutting, a method of performing the above-mentioned titration operation after performing a treatment of converting a phosphite group into a phosphate group such as an oxidation treatment.
リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基は、たとえば下記式(1)で表される置換基である。なお、リンオキソ酸基に由来する置換基には、リンオキソ酸基の塩、リンオキソ酸エステル基などの置換基が含まれる。また、リンオキソ酸基に由来する置換基には、リンオキソ酸基が縮合した基(たとえばピロリン酸基)として繊維状セルロースに含まれていてもよい。 The phosphorus oxo acid group or the substituent derived from the phosphorus oxo acid group is, for example, a substituent represented by the following formula (1). The substituent derived from the phosphorus oxo acid group includes a substituent such as a salt of the phosphorus oxo acid group and a phosphorus oxo acid ester group. Further, the substituent derived from the phosphorus oxo acid group may be contained in the fibrous cellulose as a group condensed with the phosphorus oxo acid group (for example, a pyrophosphate group).
式(1)中、a、b及びnは自然数であり、mは任意の数である(ただし、a=b×mである)。α1,α2,・・・,αn及びα’のうちa個がO-であり、残りはR、ORのいずれかである。ここで、Rは、水素原子、飽和−直鎖状炭化水素基、飽和−分岐鎖状炭化水素基、飽和−環状炭化水素基、不飽和−直鎖状炭化水素基、不飽和−分岐鎖状炭化水素基、不飽和−環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。Rはセルロース分子鎖に由来する基であってもよい。中でも、αn又はα’のいずれかはRであることが好ましく、Rは水素原子であることが特に好ましい。また、nは1であることが好ましい。すなわち、リンオキソ酸基は、亜リン酸基であることが好ましい。なお、亜リン酸基は亜リン酸基に由来する置換基であってもよい。 In the formula (1), a, b and n are natural numbers and m is an arbitrary number (provided that a=b×m). Of α 1 , α 2 ,..., α n and α′, a is O − , and the rest is either R or OR. Here, R is a hydrogen atom, a saturated-linear hydrocarbon group, a saturated-branched hydrocarbon group, a saturated-cyclic hydrocarbon group, an unsaturated-linear hydrocarbon group, an unsaturated-branched hydrocarbon group. It is a hydrocarbon group, an unsaturated-cyclic hydrocarbon group, an aromatic group, or a derivative group thereof. R may be a group derived from a cellulose molecular chain. Of these, either α n or α′ is preferably R, and R is particularly preferably a hydrogen atom. Further, n is preferably 1. That is, the phosphorous acid group is preferably a phosphorous acid group. The phosphite group may be a substituent derived from the phosphite group.
本発明の第2の態様においては、繊維状セルロースは、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する。すなわち、式(1)中、αn及びα’のうちa個がO-であり、αn又はα’のいずれかはRである。中でもRは水素原子であることが好ましい。 In the second aspect of the present invention, the fibrous cellulose has a phosphorous acid group or a substituent derived from a phosphorous acid group. That is, in the formula (1), a of α n and α′ is O − , and either α n or α′ is R. Above all, R is preferably a hydrogen atom.
なお、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基の一部は、リン酸基又はリン酸基に由来する置換基であってもよく、また、リンオキソ酸基が縮合した基(たとえばピロリン酸基)であってもよい。このように、繊維状セルロースが、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基(以下、単に亜リン酸基ともいう)と、リン酸基又はリン酸基に由来する置換基(以下、単にリン酸基ともいう)の両方を置換基として有する場合は、式(1)で表される置換基のうち亜リン酸基の割合は、10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることがさらに好ましい。 Note that a part of the phosphorus oxo acid group or the substituent derived from the phosphorus oxo acid group may be a phosphoric acid group or a substituent derived from the phosphoric acid group, or a group in which the phosphorus oxo acid group is condensed (for example, pyrophosphoric acid Group). Thus, the fibrous cellulose is a phosphorous acid group or a substituent group derived from a phosphorous acid group (hereinafter, also simply referred to as a phosphorous acid group), and a substituent group derived from a phosphoric acid group or a phosphoric acid group (hereinafter , And also referred to as a phosphoric acid group) as a substituent, the proportion of the phosphorous acid group in the substituent represented by the formula (1) is preferably 10% by mass or more, and 20% by mass. % Or more, and more preferably 30% by mass or more.
式(1)のRで表される飽和−直鎖状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、又はn−ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和−分岐鎖状炭化水素基としては、i−プロピル基、又はt−ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和−環状炭化水素基としては、シクロペンチル基、又はシクロヘキシル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和−直鎖状炭化水素基としては、ビニル基、又はアリル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和−分岐鎖状炭化水素基としては、i−プロペニル基、又は3−ブテニル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和−環状炭化水素基としては、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられるが、特に限定されない。芳香族基としては、フェニル基、又はナフチル基等が挙げられるが、特に限定されない。 Examples of the saturated-linear hydrocarbon group represented by R in the formula (1) include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, and an n-butyl group, but are not particularly limited. Examples of the saturated-branched hydrocarbon group include i-propyl group and t-butyl group, but are not particularly limited. Examples of the saturated-cyclic hydrocarbon group include a cyclopentyl group and a cyclohexyl group, but are not particularly limited. Examples of the unsaturated-straight chain hydrocarbon group include a vinyl group and an allyl group, but are not particularly limited. Examples of the unsaturated-branched hydrocarbon group include, but are not limited to, i-propenyl group and 3-butenyl group. Examples of the unsaturated-cyclic hydrocarbon group include, but are not limited to, a cyclopentenyl group and a cyclohexenyl group. Examples of the aromatic group include a phenyl group and a naphthyl group, but are not particularly limited.
また、Rにおける誘導基としては、上記各種炭化水素基の主鎖又は側鎖に対し、カルボキシ基、ヒドロキシ基、又はアミノ基などの官能基のうち、少なくとも1種類が付加又は置換した状態の官能基が挙げられるが、特に限定されない。また、Rの主鎖を構成する炭素原子数は特に限定されないが、20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。Rの主鎖を構成する炭素原子数を上記範囲とすることにより、リンオキソ酸基の分子量を適切な範囲とすることができ、繊維原料への浸透を容易にし、微細セルロース繊維の収率を高めることもできる。 Further, the derivative group in R is a functional group in which at least one of functional groups such as a carboxy group, a hydroxy group, or an amino group is added or substituted to the main chain or side chain of the above-mentioned various hydrocarbon groups. Examples thereof include groups, but are not particularly limited. Further, the number of carbon atoms constituting the main chain of R is not particularly limited, but is preferably 20 or less, more preferably 10 or less. By setting the number of carbon atoms constituting the main chain of R in the above range, the molecular weight of the phosphorus oxo acid group can be set in an appropriate range, the permeation into the fiber raw material is facilitated, and the yield of fine cellulose fibers is increased. You can also
βb+は有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、脂肪族アンモニウム、又は芳香族アンモニウムが挙げられ、無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属の陽イオン、又は水素イオン等が挙げられるが、特に限定されない。これらは1種又は2種類以上を組み合わせて適用することもできる。有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βを含む繊維原料を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、又はカリウムのイオンが好ましいが、特に限定されない。 β b+ is a monovalent or higher cation composed of an organic substance or an inorganic substance. Examples of monovalent or more cations composed of organic substances include aliphatic ammonium and aromatic ammonium, and examples of monovalent or more cations composed of inorganic substances include alkali metal ions such as sodium, potassium or lithium, Examples thereof include cations of divalent metals such as calcium and magnesium, hydrogen ions and the like, but are not particularly limited. These may be applied alone or in combination of two or more. As the cation having a valence of 1 or more consisting of an organic substance or an inorganic substance, sodium or potassium ions, which are less likely to yellow when the β-containing fiber raw material is heated and are industrially usable, are preferred, but are not particularly limited.
繊維状セルロースが亜リン酸基を置換基として有することは、繊維状セルロースを含有する分散液について赤外線吸収スペクトルの測定を行い、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収を観察することで確認できる。また、繊維状セルロースが亜リン酸基を置換基として有することは、NMRを用いて化学シフトを確認する方法や、元素分析に各種の滴定法を組み合わせる方法が挙げられる。 The fact that the fibrous cellulose has a phosphite group as a substituent means that the infrared absorption spectrum of the dispersion containing the fibrous cellulose was measured, and phosphon, which is a tautomer of the phosphite group, was found around 1210 cm -1. This can be confirmed by observing absorption based on P=O of the acid group. Further, the fibrous cellulose having a phosphite group as a substituent includes a method of confirming a chemical shift using NMR, and a method of combining various titration methods with elemental analysis.
なお、繊維状セルロースはリンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基に加えて、他のアニオン性基を有していてもよい。このようなアニオン性基としては、例えば、パルプが元来含むカルボキシ基等を挙げることができる。 The fibrous cellulose may have another anionic group in addition to the phosphorus oxo acid group or the substituent derived from the phosphorus oxo acid group. Examples of such an anionic group include a carboxy group originally contained in pulp.
(繊維状セルロースの製造方法)
本発明は、繊維状セルロースの製造方法に関する。本発明の第1の態様における繊維状セルロースの製造方法は、繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合、A1/A2の値が0.51以上である、繊維状セルロースの製造方法である。第1の態様における製造方法は、セルロース原料に対し、リンオキソ酸及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体と、を混合し、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有するセルロース原料を得る工程を含む。そして、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有するセルロース原料を得る工程は、セルロース原料に対し、リンオキソ酸及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、加熱する1サイクル工程を複数工程含み、1サイクル工程における尿素及び/又は尿素誘導体の分解率は95%以下である。
(Method for producing fibrous cellulose)
The present invention relates to a method for producing fibrous cellulose. In the method for producing fibrous cellulose according to the first aspect of the present invention, when the first dissociated acid amount in fibrous cellulose is A1 and the total dissociated acid amount in fibrous cellulose is A2, the value of A1/A2 is 0. The method for producing fibrous cellulose is 0.51 or more. The production method according to the first aspect is a cellulose having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group obtained by mixing a cellulose raw material with a phosphorus oxo acid and/or a salt thereof and urea and/or a urea derivative. The process of obtaining a raw material is included. Then, in the step of obtaining a cellulose raw material having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group, phosphorus oxo acid and/or its salt and urea and/or urea derivative are mixed and heated to the cellulose raw material. The decomposition rate of urea and/or urea derivative in one cycle process is 95% or less including a plurality of one cycle processes.
本発明の第2の態様における繊維状セルロースの製造方法は、繊維幅が1000nm以下であり、かつ亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースの製造方法である。第2の態様における製造方法は、セルロース原料に対し、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有するセルロース原料を得る工程を含む。そして、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基セルロース原料を得る工程は、セルロース原料に対し、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、加熱する1サイクル工程を複数工程含み、1サイクル工程における尿素及び/又は尿素誘導体の分解率は95%以下である。 The method for producing fibrous cellulose according to the second aspect of the present invention is a method for producing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphorous acid group or a substituent derived from a phosphorous acid group. In the production method according to the second aspect, the cellulose raw material is mixed with a compound having a phosphite group and/or a salt thereof and urea and/or a urea derivative to obtain a phosphite group or a phosphite group. And a step of obtaining a cellulose raw material having a substituent. Then, in the step of obtaining a phosphorous acid group or a substituent cellulose raw material derived from a phosphorous acid group, a compound and/or a salt thereof having a phosphorous acid group and urea and/or a urea derivative are added to the cellulose raw material. The decomposition rate of urea and/or urea derivative in one cycle process is 95% or less including one cycle process of mixing and heating.
なお、以下では、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有するセルロース原料を得る工程、もしくは亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有するセルロース原料を得る工程を、リンオキソ酸基導入工程ともいう。 In the following, the step of obtaining a cellulose raw material having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group, or a step of obtaining a cellulose raw material having a phosphorous acid group or a substituent derived from a phosphorous acid group Also referred to as an acid group introduction step.
本発明の繊維状セルロースの製造方法においては、第2の態様にあるように、セルロース原料に対し、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合することが好ましい。ここで、尿素が有するカルボニル基とアミノ基は亜リン酸基を有する化合物の亜リン酸基と水素結合を形成し、水素イオンの電離を抑制する。一方、尿素は熱等によって分解するため、分解されると炭酸ガスやアンモニアガスとして反応系外に放出される。本発明の繊維状セルロースの製造方法においては、尿素及び/又は尿素誘導体の分解率を95%以下に抑えることで、尿素と亜リン酸基の水素結合を保持することができ、これにより、亜リン酸基から水素イオンの電離を抑制することができる。なお、亜リン酸のpKaはリン酸のpKaと比較して小さいことからも、亜リン酸基の水素イオンは電離しやすく、これにより、系の酸性度が下がり、繊維状セルロースの劣化や尿素の分解等が促進されやすいものと考えられる。しかし、本発明においては、尿素及び/又は尿素誘導体の分解率を95%以下とすることにより、亜リン酸基を有する繊維状セルロースにおいても水素イオンの電離を抑制でき、その結果、繊維状セルロースの劣化等を抑制することが可能となる。 In the method for producing fibrous cellulose of the present invention, as in the second aspect, a compound having a phosphite group and/or a salt thereof and urea and/or a urea derivative are mixed with a cellulose raw material. It is preferable. Here, the carbonyl group and amino group of urea form a hydrogen bond with the phosphite group of the compound having a phosphite group, and suppress the ionization of hydrogen ions. On the other hand, since urea is decomposed by heat or the like, when decomposed, it is released outside the reaction system as carbon dioxide gas or ammonia gas. In the method for producing fibrous cellulose of the present invention, by suppressing the decomposition rate of urea and/or urea derivative to 95% or less, the hydrogen bond between urea and the phosphite group can be retained, whereby Ionization of hydrogen ions from the phosphate group can be suppressed. Since the pKa of phosphorous acid is smaller than the pKa of phosphoric acid, hydrogen ions of the phosphite group are easily ionized, which lowers the acidity of the system and deteriorates the fibrous cellulose or urea. It is thought that the decomposition of the is easily promoted. However, in the present invention, by setting the decomposition rate of urea and/or urea derivative to 95% or less, ionization of hydrogen ions can be suppressed even in fibrous cellulose having a phosphite group, and as a result, fibrous cellulose It is possible to suppress deterioration and the like.
本発明の繊維状セルロースは、このような製造工程を経て得られるものであるため、繊維状セルロースを微細化し、得られた微細繊維状セルロースを分散媒に分散させて分散液とした際に、透明性の高い分散液が得られる。また、このような分散媒を用いて、例えばシートといった成形体を成形した場合、透明性の高いシートが得られる。さらに、本発明の繊維状セルロース及び微細繊維状セルロースは黄変が抑制されており、微細繊維状セルロースを含む分散液からシートを形成した場合、YI値が低いシートを得ることができる。 Since the fibrous cellulose of the present invention is obtained through such a manufacturing process, the fibrous cellulose is micronized, and when the resulting fine fibrous cellulose is dispersed in a dispersion medium to prepare a dispersion liquid, A highly transparent dispersion is obtained. When a molded product such as a sheet is molded using such a dispersion medium, a highly transparent sheet can be obtained. Further, the fibrous cellulose and the fine fibrous cellulose of the present invention are suppressed in yellowing, and when a sheet is formed from a dispersion liquid containing the fine fibrous cellulose, a sheet having a low YI value can be obtained.
<セルロース原料>
微細繊維状セルロースは、セルロースを含む繊維原料(セルロース原料)から製造される。セルロースを含む繊維原料としては、特に限定されないが、入手しやすく安価である点からパルプを用いることが好ましい。パルプとしては、たとえば木材パルプ、非木材パルプ、および脱墨パルプが挙げられる。木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえば広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、溶解パルプ(DP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)および酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)およびケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)およびサーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ等が挙げられる。非木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえばコットンリンターおよびコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わらおよびバガス等の非木材系パルプが挙げられる。脱墨パルプとしては、特に限定されないが、たとえば古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。本実施形態のパルプは上記の1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。上記パルプの中でも、入手のしやすさという観点からは、たとえば木材パルプおよび脱墨パルプが好ましい。また、木材パルプの中でも、セルロース比率が大きく解繊処理時の微細繊維状セルロースの収率が高い観点や、パルプ中のセルロースの分解が小さく軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースが得られる観点から、たとえば化学パルプがより好ましく、クラフトパルプ、サルファイトパルプがさらに好ましい。なお、軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースを用いると粘度が高くなる傾向がある。
<Cellulose raw material>
The fine fibrous cellulose is produced from a fiber raw material (cellulose raw material) containing cellulose. The fiber raw material containing cellulose is not particularly limited, but pulp is preferably used because it is easily available and inexpensive. Pulps include, for example, wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp. The wood pulp is not particularly limited, and examples thereof include hardwood kraft pulp (LBKP), softwood kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolving pulp (DP), soda pulp (AP), unbleached kraft pulp (UKP). ) And chemical pulp such as oxygen bleached kraft pulp (OKP), semi-chemical pulp such as semi-chemical pulp (SCP) and chemiground wood pulp (CGP), groundwood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP) etc. Examples include mechanical pulp. The non-wood pulp is not particularly limited, but examples thereof include cotton-based pulp such as cotton linter and cotton lint, and non-wood-based pulp such as hemp, straw and bagasse. The deinked pulp is not particularly limited, and examples thereof include deinked pulp made from waste paper. The pulp of the present embodiment may be used alone or as a mixture of two or more kinds. Among the above pulps, for example, wood pulp and deinked pulp are preferable from the viewpoint of easy availability. Further, among wood pulp, a viewpoint of a high yield of fine fibrous cellulose at the time of defibration treatment with a large cellulose ratio and a long fiber fine fibrous cellulose with a small decomposition of cellulose in the pulp and a large axial ratio can be obtained. From the viewpoint, for example, chemical pulp is more preferable, and kraft pulp and sulfite pulp are further preferable. The viscosity tends to increase when fine fibrous cellulose of long fibers having a large axial ratio is used.
セルロースを含む繊維原料としては、たとえばホヤ類に含まれるセルロースや、酢酸菌が生成するバクテリアセルロースを利用することもできる。また、セルロースを含む繊維原料に代えて、キチン、キトサンなどの直鎖型の含窒素多糖高分子が形成する繊維を用いることもできる。 As the fiber raw material containing cellulose, for example, cellulose contained in ascidians or bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria can be used. Further, instead of the fiber raw material containing cellulose, a fiber formed by a linear nitrogen-containing polysaccharide polymer such as chitin or chitosan may be used.
<リンオキソ酸基導入工程>
第1の態様におけるリンオキソ酸基導入工程は、リンオキソ酸及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体と、を混合し、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有するセルロース原料を得る工程である。ここで、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有するセルロース原料を得る工程は、セルロース原料に対し、リンオキソ酸及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、加熱する1サイクル工程を複数工程含む。また、第2の態様におけるリンオキソ酸基導入工程は、セルロース原料に対し、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、亜リン酸基を有するセルロース原料を得る工程である。ここで、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基セルロース原料を得る工程は、セルロース原料に対し、亜リン酸及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、加熱する1サイクル工程を複数工程含む。第1の態様のリンオキソ酸基導入工程では、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と、リンオキソ酸及び/又はその塩が反応することで、リンオキソ酸基を導入することができる。また、第2の態様のリンオキソ酸基導入工程では、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩が反応することで、亜リン酸基を導入することができる。なお、本明細書においては、リンオキソ酸及び/又はその塩、もしくは亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩を含む化合物を化合物Aと呼ぶことがあり、尿素及び/又は尿素誘導体を化合物Bと呼ぶことがある。
<Phosphorus oxo acid group introduction step>
In the phosphorus oxo acid group introducing step in the first aspect, a cellulose raw material having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group is prepared by mixing phosphorus oxo acid and/or a salt thereof with urea and/or a urea derivative. It is a process of obtaining. Here, in the step of obtaining a cellulose raw material having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group, the cellulose raw material is mixed with phosphorus oxo acid and/or a salt thereof and urea and/or a urea derivative, and heated. It includes a plurality of one-cycle processes. In the phosphorous acid group-introducing step in the second aspect, a compound having a phosphorous acid group and/or a salt thereof and urea and/or a urea derivative are mixed into the cellulose raw material to have a phosphorous acid group. This is a step of obtaining a cellulose raw material. Here, in the step of obtaining a phosphorous acid group or a substituent cellulose raw material derived from a phosphorous acid group, the cellulose raw material is mixed with phosphorous acid and/or a salt thereof and urea and/or a urea derivative, A plurality of one cycle steps of heating are included. In the phosphorus oxo acid group introduction step of the first aspect, the phosphorus oxo acid group can be introduced by reacting the hydroxyl group of the cellulose-containing fiber raw material with the phosphorus oxo acid and/or its salt. In the phosphorous oxo group introduction step of the second aspect, the phosphite group is introduced by reacting the hydroxyl group of the cellulose-containing fiber raw material with the compound having the phosphite group and/or its salt. You can In the present specification, a compound containing a phosphorous acid and/or a salt thereof, or a compound having a phosphorous acid group and/or a salt thereof may be referred to as a compound A, and urea and/or a urea derivative may be referred to as a compound B. Sometimes called.
化合物Aを化合物Bとの共存下で繊維原料に作用させる方法の一例としては、乾燥状態、湿潤状態またはスラリー状の繊維原料に対して、化合物Aと化合物Bを混合する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、乾燥状態または湿潤状態の繊維原料を用いることが好ましく、特に乾燥状態の繊維原料を用いることが好ましい。繊維原料の形態は、特に限定されないが、たとえば綿状や薄いシート状であることが好ましい。化合物Aおよび化合物Bは、それぞれ粉末状または溶媒に溶解させた溶液状または融点以上まで加熱して溶融させた状態で繊維原料に添加する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、溶媒に溶解させた溶液状、特に水溶液の状態で添加することが好ましい。また、化合物Aと化合物Bは繊維原料に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、混合物として添加してもよい。化合物Aと化合物Bの添加方法としては、特に限定されないが、化合物Aと化合物Bが溶液状の場合は、繊維原料を溶液内に浸漬し吸液させたのちに取り出してもよいし、繊維原料に溶液を滴下してもよい。また、必要量の化合物Aと化合物Bを繊維原料に添加してもよいし、過剰量の化合物Aと化合物Bをそれぞれ繊維原料に添加した後に、圧搾や濾過によって余剰の化合物Aと化合物Bを除去してもよい。 As an example of a method of allowing the compound A to act on the fiber raw material in the coexistence with the compound B, a method of mixing the compound A and the compound B with the fiber raw material in a dry state, a wet state or a slurry state can be mentioned. Among these, it is preferable to use a fiber raw material in a dry state or a wet state, and particularly preferable to use a fiber raw material in a dry state, since the reaction is highly uniform. The form of the fiber raw material is not particularly limited, but is preferably cotton-like or thin sheet-like, for example. Compound A and compound B may be added to the fiber raw material in the form of powder or solution dissolved in a solvent, or heated to a melting point or higher and melted. Among these, since the reaction is highly uniform, it is preferable to add them in the form of a solution dissolved in a solvent, particularly in the state of an aqueous solution. Further, the compound A and the compound B may be added to the fiber raw material at the same time, may be added separately, or may be added as a mixture. The method of adding the compound A and the compound B is not particularly limited, but when the compound A and the compound B are in the form of a solution, the fiber raw material may be dipped in the solution to absorb the liquid, and then taken out. The solution may be added dropwise. Further, the required amounts of compound A and compound B may be added to the fiber raw material, or excess amounts of compound A and compound B may be respectively added to the fiber raw material, and then excess compound A and compound B may be squeezed or filtered. May be removed.
本実施態様で使用する化合物Aとしては、リン原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物が挙げられるが、化合物Aは、少なくとも亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩を含むことが好ましい。亜リン酸基を有する化合物としては亜リン酸を挙げることができ、亜リン酸としては、たとえば99%亜リン酸(ホスホン酸)が挙げられる。亜リン酸の塩としては、亜リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。これらのうち、リンオキソ酸基の導入の効率が高く、後述する解繊工程で解繊効率がより向上しやすく、低コストであり、かつ工業的に適用しやすい観点から、亜リン酸、亜リン酸のナトリウム塩、亜リン酸のカリウム塩、または亜リン酸のアンモニウム塩が好ましく、亜リン酸がより好ましい。なお、化合物Aは、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩に加えて、リン酸基を有する化合物及び/又はその塩、脱水縮合リン酸及び/又はその塩、無水リン酸(五酸化二リン)等を含んでもよい。この場合、リン酸としては、種々の純度のものを使用することができ、たとえば100%リン酸(正リン酸)や85%リン酸を使用することができる。脱水縮合リン酸は、リン酸が脱水反応により2分子以上縮合したものであり、例えばピロリン酸、ポリリン酸等を挙げることができる。 Examples of the compound A used in this embodiment include compounds having a phosphorus atom and capable of forming an ester bond with cellulose. The compound A contains at least a compound having a phosphorous acid group and/or a salt thereof. It is preferable. Examples of the compound having a phosphorous acid group include phosphorous acid, and examples of the phosphorous acid include 99% phosphorous acid (phosphonic acid). Examples of the salt of phosphorous acid include lithium salt, sodium salt, potassium salt, and ammonium salt of phosphorous acid, which can have various degrees of neutralization. Among these, from the viewpoint of high efficiency of introduction of phosphorus oxo acid group, easier improvement of defibration efficiency in the defibration step described later, low cost, and easy industrial application, phosphorous acid, phosphorus phosphite The sodium salt of an acid, the potassium salt of phosphorous acid, or the ammonium salt of phosphorous acid is preferable, and phosphorous acid is more preferable. In addition to the compound having a phosphorous acid group and/or a salt thereof, the compound A is a compound having a phosphoric acid group and/or a salt thereof, dehydrated condensed phosphoric acid and/or a salt thereof, and phosphoric anhydride (pentoxide). Diphosphorus) and the like. In this case, phosphoric acid having various purities can be used, and for example, 100% phosphoric acid (orthophosphoric acid) or 85% phosphoric acid can be used. The dehydrated condensed phosphoric acid is one in which two or more molecules of phosphoric acid are condensed by a dehydration reaction, and examples thereof include pyrophosphoric acid and polyphosphoric acid.
繊維原料に対する化合物Aの添加量は、特に限定されないが、たとえば化合物Aの添加量をリン原子量に換算した場合において、繊維原料(絶乾質量)に対するリン原子の添加量が0.5質量%以上100質量%以下となることが好ましく、1質量%以上50質量%以下となることがより好ましく、2質量%以上30質量%以下となることがさらに好ましい。繊維原料に対するリン原子の添加量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。一方で、繊維原料に対するリン原子の添加量を上記上限値以下とすることにより、収率向上の効果とコストのバランスをとることができる。 The addition amount of the compound A to the fiber raw material is not particularly limited, but when the addition amount of the compound A is converted into the phosphorus atomic weight, the addition amount of the phosphorus atom to the fiber raw material (absolute dry mass) is 0.5% by mass or more. It is preferably 100% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, still more preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less. By setting the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material within the above range, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. On the other hand, by controlling the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material to be not more than the above upper limit, the effect of improving the yield and the cost can be balanced.
本実施形態で使用する化合物Bは、上述のとおり尿素及び/又は尿素誘導体である。化合物Bとしては、たとえば尿素、ビウレット、1−フェニル尿素、1−ベンジル尿素、1−メチル尿素、および1−エチル尿素などが挙げられる。反応の均一性を向上させる観点から、化合物Bは水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性をさらに向上させる観点からは、化合物Aと化合物Bの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。 The compound B used in this embodiment is urea and/or a urea derivative as described above. Examples of the compound B include urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, 1-ethylurea and the like. From the viewpoint of improving the uniformity of the reaction, the compound B is preferably used as an aqueous solution. From the viewpoint of further improving the homogeneity of the reaction, it is preferable to use an aqueous solution in which both compound A and compound B are dissolved.
繊維原料(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は、特に限定されないが、たとえば1質量%以上500質量%以下であることが好ましく、10質量%以上400質量%以下であることがより好ましく、100質量%以上350質量%以下であることがさらに好ましい。 The amount of the compound B added to the fiber raw material (absolute dry mass) is not particularly limited, but is preferably 1% by mass or more and 500% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 400% by mass or less, More preferably, it is 100% by mass or more and 350% by mass or less.
また、化合物Aに含まれるリン原子のモル質量(mmol)をPとし、化合物Bに含まれる尿素及び/又は尿素誘導体のモル質量(mmol)をNとした場合、N/Pの値は、3.5以上であることが好ましく、4.0以上であることがより好ましく、4.5以上であることがさらに好ましく、5.0以上であることが特に好ましい。また、N/Pの値は、50以下であることが好ましい。N/Pの値を上記範囲内とすることにより、リンオキソ酸基導入工程における尿素及び/又は尿素誘導体の分解率を95%以下にコントロールしやすくなる。 When the molar mass (mmol) of the phosphorus atom contained in the compound A is P and the molar mass (mmol) of urea and/or the urea derivative contained in the compound B is N, the value of N/P is 3 It is preferably at least 0.5, more preferably at least 4.0, even more preferably at least 4.5, and particularly preferably at least 5.0. The N/P value is preferably 50 or less. By setting the value of N/P within the above range, it becomes easy to control the decomposition rate of urea and/or urea derivative in the phosphorus oxo acid group introduction step to 95% or less.
セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応においては、化合物Bの他に、たとえばアミド類またはアミン類を反応系に含んでもよい。アミド類としては、たとえばホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。アミン類としては、たとえばメチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。これらの中でも、特にトリエチルアミンは良好な反応触媒として働くことが知られている。 In the reaction between the fiber raw material containing cellulose and the compound A, in addition to the compound B, for example, amides or amines may be included in the reaction system. Examples of the amides include formamide, dimethylformamide, acetamide, dimethylacetamide and the like. Examples of amines include methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, and hexamethylenediamine. Of these, triethylamine is known to work particularly as a good reaction catalyst.
リンオキソ酸基導入工程においては、繊維原料に化合物A等を添加又は混合した後、当該繊維原料を加熱することが好ましい(加熱処理工程)。加熱処理工程における加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、亜リン酸基といったリンオキソ酸基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、加熱時間や熱源の選択によっても変わり得るが、50℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましく、130℃以上であることがさらに好ましい。また、加熱処理温度は、250℃以下であることが好ましく、175℃以下であることがより好ましい。また、加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、たとえば撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。 In the phosphorus oxo acid group introduction step, it is preferable to heat the fiber raw material after adding or mixing the compound A or the like to the fiber raw material (heat treatment step). As the heat treatment temperature in the heat treatment step, it is preferable to select a temperature at which a phosphorus oxo acid group such as a phosphorous acid group can be efficiently introduced while suppressing thermal decomposition or hydrolysis reaction of the fiber. The heat treatment temperature may vary depending on the heating time and the selection of the heat source, but it is preferably 50°C or higher, more preferably 100°C or higher, and further preferably 130°C or higher. The heat treatment temperature is preferably 250° C. or lower, more preferably 175° C. or lower. Further, for the heat treatment, equipment having various heat mediums can be used, for example, a stirring dryer, a rotary dryer, a disc dryer, a roll heater, a plate heater, a fluidized bed dryer, and an air flow. A drying device, a reduced pressure drying device, an infrared heating device, a far infrared heating device, a microwave heating device, and a high frequency drying device can be used.
本実施形態に係る加熱処理においては、たとえば薄いシート状の繊維原料に化合物Aを含浸等の方法により添加した後、加熱する方法や、ニーダー等で繊維原料と化合物Aを混練又は撹拌しながら加熱する方法を採用することができる。これにより、繊維原料における化合物Aの濃度ムラを抑制して、繊維原料に含まれるセルロース繊維表面へより均一に亜リン酸基といったリンオキソ酸基を導入することが可能となる。これは、乾燥に伴い水分子が繊維原料表面に移動する際、溶存する化合物Aが表面張力によって水分子に引き付けられ、同様に繊維原料表面に移動してしまう(すなわち、化合物Aの濃度ムラが生じてしまう)ことを抑制できることに起因するものと考えられる。 In the heat treatment according to the present embodiment, for example, a method of adding compound A to a thin sheet-shaped fiber raw material by a method such as impregnation and then heating, or heating while kneading or stirring the fiber raw material and compound A with a kneader or the like. Can be adopted. This makes it possible to suppress uneven concentration of the compound A in the fiber raw material and more uniformly introduce a phosphorous acid group such as a phosphorous acid group into the surface of the cellulose fiber contained in the fiber raw material. This is because when water molecules move to the surface of the fiber raw material due to drying, the dissolved compound A is attracted to the water molecules due to the surface tension and similarly moves to the surface of the fiber raw material (that is, uneven concentration of compound A It is thought to be due to the fact that it can be suppressed.
また、加熱処理に用いる加熱装置は、たとえばスラリーが保持する水分、及び化合物Aと繊維原料中のセルロース等が含む水酸基等との脱水縮合(リン酸エステル化)反応に伴って生じる水分、を常に装置系外に排出できる装置であることが好ましい。このような加熱装置としては、例えば送風方式のオーブン等が挙げられる。装置系内の水分を常に排出することにより、リン酸エステル化の逆反応であるリン酸エステル結合の加水分解反応を抑制できることに加えて、繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。このため、軸比の高い微細繊維状セルロースを得ることが可能となる。 In addition, the heating device used for the heat treatment always keeps, for example, the water retained by the slurry and the water generated by the dehydration condensation (phosphoric acid esterification) reaction between the compound A and the hydroxyl groups contained in the cellulose or the like in the fiber raw material. It is preferable that the device can be discharged to the outside of the device system. An example of such a heating device is a blower type oven. By constantly discharging the water in the device system, in addition to suppressing the hydrolysis reaction of the phosphoric acid ester bond, which is the reverse reaction of phosphoric acid esterification, it is also possible to suppress the acid hydrolysis of sugar chains in the fiber. it can. Therefore, it becomes possible to obtain fine fibrous cellulose having a high axial ratio.
加熱処理の時間は、繊維原料に水分を含んだ状態から10秒以上であることが好ましく、100秒以上であることがより好ましく、200秒以上であることがさらに好ましく、300秒以上であることが特に好ましい。また、加熱処理の時間は、10000秒以下であることが好ましく、5000秒以下であることがより好ましく、3000秒以下であることがさらに好ましく、2000秒以下であることが特に好ましい。なお、上記加熱処理の時間は、全サイクル工程における加熱時間の合計時間である。本実施形態では、加熱温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リンオキソ酸基の導入量(A1)を好ましい範囲内とすることができる。 The heat treatment time is preferably 10 seconds or more, more preferably 100 seconds or more, further preferably 200 seconds or more, and more preferably 300 seconds or more from the state in which the fiber raw material contains water. Is particularly preferable. The heat treatment time is preferably 10,000 seconds or less, more preferably 5000 seconds or less, further preferably 3000 seconds or less, and particularly preferably 2000 seconds or less. In addition, the time of the said heat processing is a total time of the heating time in all cycle processes. In the present embodiment, the introduction amount (A1) of the phosphorus oxo acid group can be set within the preferable range by setting the heating temperature and the heating time within appropriate ranges.
第1の態様におけるリンオキソ酸基導入工程は、セルロース原料に対し、リンオキソ酸及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、加熱する1サイクル工程を複数工程含む。また、第2の態様におけるリンオキソ酸基導入工程は、セルロース原料に対し、亜リン酸及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、加熱する1サイクル工程を複数工程含む。具体的には、リンオキソ酸及び/又はその塩、もしくは、亜リン酸及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、加熱する1サイクル工程は、2工程設けられてもよく、3工程設けられてもよく、4工程以上設けられてもよい。すなわち、リンオキソ酸基導入工程では、上述した1サイクル工程が2回繰り返し行われてもよく、3回繰り返し行われてもよく、4回以上繰り返し行われてもよい。なお、1サイクル工程の繰り返し数は10回以下であることが好ましい。 The phosphorus oxo acid group introduction step in the first aspect includes a plurality of one cycle steps in which a phosphorus oxo acid and/or a salt thereof and urea and/or a urea derivative are mixed with a cellulose raw material and heated. Further, the phosphorus oxo acid group introducing step in the second aspect includes a plurality of one cycle steps of mixing phosphorous acid and/or a salt thereof, urea and/or urea derivative into a cellulose raw material and heating the mixture. Specifically, one cycle process in which phosphorous acid and/or a salt thereof or phosphorous acid and/or a salt thereof and urea and/or a urea derivative are mixed and heated may be provided in two steps. Three steps may be provided, or four or more steps may be provided. That is, in the phosphorus oxo acid group introduction step, the above-mentioned 1 cycle step may be repeated twice, repeated three times, or repeated four times or more. The number of repetitions of the one cycle process is preferably 10 times or less.
1サイクル工程毎の加熱処理の時間は、繊維原料に水分を含んだ状態から1秒以上であることが好ましく、10秒以上であることがより好ましく、50秒以上であることがさらに好ましく、100秒以上であることが特に好ましい。また、加熱処理の時間は、5000秒以下であることが好ましく、3000秒以下であることがより好ましく、2000秒以下であることがさらに好ましく、1000秒以下であることが一層好ましく、900秒未満であることが特に好ましい。本発明においては、例えば、1サイクル工程毎の加熱処理の時間を上記範囲内とし、かつこのようなサイクルを複数回繰り返して行うことにより、尿素及び/又は尿素誘導体の分解率を適切な範囲にコントロールすることができる。また、リンオキソ酸及び/又はその塩、もしくは、亜リン酸及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体の添加量を調節したり、加熱温度を調節したりすることによっても、尿素及び/又は尿素誘導体の分解率を適切な範囲にコントロールしてもよい。 The heat treatment time for each cycle step is preferably 1 second or more, more preferably 10 seconds or more, further preferably 50 seconds or more, from the state that the fiber raw material contains water, and 100 is more preferable. Particularly preferably, it is not less than 2 seconds. Further, the heat treatment time is preferably 5000 seconds or less, more preferably 3000 seconds or less, further preferably 2000 seconds or less, further preferably 1000 seconds or less, and less than 900 seconds. Is particularly preferable. In the present invention, for example, by setting the heat treatment time for each cycle step within the above range and repeating such a cycle a plurality of times, the decomposition rate of urea and/or urea derivative can be adjusted to an appropriate range. You can control. Further, by adjusting the addition amount of phosphorus oxo acid and/or its salt, or phosphorous acid and/or its salt, and urea and/or urea derivative, and adjusting the heating temperature, urea and/or Alternatively, the decomposition rate of the urea derivative may be controlled within an appropriate range.
なお、1サイクル工程における尿素及び/又は尿素誘導体の分解率は、95%以下であればよく、94%以下であることが好ましく、93%以下であることがより好ましい。なお、1サイクル工程における尿素及び/又は尿素誘導体の分解率の下限値は特に限定されるものではないが、10%以上であることが好ましい。本発明の繊維状セルロースの製造方法では。上述した1サイクル工程が複数回設けられるが、全ての1サイクル工程における尿素及び/又は尿素誘導体の分解率が上記上限値以下であることが好ましい。 The decomposition rate of urea and/or urea derivative in the one-cycle step may be 95% or less, preferably 94% or less, and more preferably 93% or less. The lower limit of the decomposition rate of urea and/or the urea derivative in the one cycle process is not particularly limited, but is preferably 10% or more. In the method for producing fibrous cellulose of the present invention. Although the above-described one-cycle process is provided a plurality of times, it is preferable that the decomposition rate of urea and/or the urea derivative in all the one-cycle processes be equal to or less than the upper limit value.
ここで、尿素分解率とは、リンオキソ酸導入工程(特に加熱)における、水の蒸発以外の質量減少(すなわち、尿素の分解量)を、セルロース原料に添加した尿素の質量で除し、質量分率で表した値である。尿素は熱等によって分解され、炭酸ガスやアンモニアガスとして反応系外に放出されるため、尿素分解率は以下の方法で算出される。
まず試験に使用するセルロース原料(パルプ)の絶乾質量を測定する。次にセルロース原料(パルプ)に所定量の薬液を添加して、質量を測定する(m0)。薬液組成とパルプの初期含水率から水の添加量(系の水分量)(mw)および、尿素の添加量(mu)を算出する。その後、含浸したセルロース原料(パルプ)を、上述したような加熱処理条件で加熱処理して、質量を測定する(m1)。測定及び算出した質量を用い、下記(式1)より尿素分解率[%]を算出する。
尿素分解率[%]=(m0−mw−m1)/mu×100・・・(式1)
m0 :加熱前の薬液含浸パルプ質量
mw :水の添加量(系の水分量)
m1 :加熱後のパルプ質量
mu :尿素の添加量
なお、リンオキソ酸導入工程を複数回繰返す場合は、上述のセルロース原料(パルプ)を複数回反応に供試するリンオキソ酸化パルプに置き換え、同様の計算を行う。
Here, the urea decomposition rate is the mass reduction of urea added to the cellulosic raw material divided by the mass decrease other than evaporation of water in the phosphorus oxo acid introduction step (particularly heating), that is, the mass fraction. It is a value expressed as a rate. Urea is decomposed by heat or the like and released to the outside of the reaction system as carbon dioxide gas or ammonia gas. Therefore, the urea decomposition rate is calculated by the following method.
First, the absolute dry mass of the cellulose raw material (pulp) used in the test is measured. Next, a predetermined amount of chemical liquid is added to the cellulose raw material (pulp), and the mass is measured (m 0 ). From the chemical composition and the initial moisture content of the pulp, the amount of water added (water content of the system) (m w ) and the amount of urea added (m u ) are calculated. Then, the impregnated cellulose raw material (pulp) is heat-treated under the heat-treatment conditions as described above, and the mass is measured (m 1 ). The urea decomposition rate [%] is calculated from the following (Formula 1) using the measured and calculated mass.
Urea decomposition rate [%]=(m 0 −m w −m 1 )/mu u ×100 (Equation 1)
m 0 : mass of chemical-impregnated pulp before heating m w : amount of added water (water content of system)
m 1 : mass of pulp after heating m u : amount of urea added When the phosphorus oxo acid introduction step is repeated a plurality of times, the above cellulose raw material (pulp) is replaced with a phosphorus oxo oxidized pulp to be subjected to a plurality of reactions, and the same. Calculate.
本発明の繊維状セルロースの製造方法においては、リンオキソ酸基導入工程における尿素及び/又は尿素誘導体の分解率を上記条件となるようにコントロールし、次いで解繊処理を行うことで、繊維状セルロースを分散媒に分散させて分散液とした際に、透明性の高い分散液が得られる。また、このような分散媒を用いて、例えばシートといった成形体を成形した場合、透明性の高いシートが得られる。さらに、本発明の繊維状セルロースは黄変が抑制されており、繊維状セルロースを含む分散液からシートを形成した場合、YI値が低いシートを得ることができる。 In the method for producing fibrous cellulose of the present invention, fibrous cellulose is prepared by controlling the decomposition rate of urea and/or urea derivative in the phosphorus oxo acid group introduction step so as to satisfy the above conditions, and then performing defibration treatment. When dispersed in a dispersion medium to obtain a dispersion liquid, a highly transparent dispersion liquid is obtained. When a molded product such as a sheet is molded using such a dispersion medium, a highly transparent sheet can be obtained. Furthermore, the yellowing of the fibrous cellulose of the present invention is suppressed, and when a sheet is formed from a dispersion liquid containing fibrous cellulose, a sheet having a low YI value can be obtained.
なお、上述したようなリンオキソ酸基導入工程で得られるリンオキソ酸基導入繊維(リンオキソ酸化パルプ)のYI値は、42.0以下であることが好ましく、36.0以下であることがより好ましく、30.0以下であることがさらに好ましく、24.0以下であることが特に好ましい。リンオキソ酸基導入繊維のYI値は、JIS K 7373に準拠して測定される値である。測定装置としては、例えば、スガ試験機株式会社製のColour Cute iを用いることができる。 The YI value of the phosphorus oxo acid group-introduced fiber (phosphorous oxide pulp) obtained in the above-described phosphorus oxo acid group introduction step is preferably 42.0 or less, and more preferably 36.0 or less. It is more preferably 30.0 or less, and particularly preferably 24.0 or less. The YI value of the fiber having a phosphorous acid group introduced is a value measured according to JIS K7373. As the measuring device, for example, Color Cute i manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd. can be used.
<洗浄工程>
本実施形態における微細繊維状セルロースの製造方法においては、必要に応じてリンオキソ酸基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶媒によりリンオキソ酸基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行われてもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、特に限定されない。
<Washing process>
In the method for producing fine fibrous cellulose according to the present embodiment, a washing step can be performed on the phosphorus oxo acid group-introduced fiber, if necessary. The washing step is performed, for example, by washing the phosphorus oxo acid group-introduced fiber with water or an organic solvent. The cleaning step may be performed after each step described below, and the number of times of cleaning performed in each cleaning step is not particularly limited.
<アルカリ処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、リンオキソ酸基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、繊維原料に対してアルカリ処理を行ってもよい。アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、例えばアルカリ溶液中に、リンオキソ酸基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
<Alkali treatment process>
In the case of producing fine fibrous cellulose, the fiber raw material may be subjected to an alkali treatment between the phosphorus oxo acid group introduction step and the defibration treatment step described later. The method of alkali treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the phosphorous acid group-introduced fiber in an alkali solution.
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。本実施形態においては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムをアルカリ化合物として用いることが好ましい。また、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水または有機溶媒のいずれであってもよい。中でも、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水、またはアルコールに例示される極性有機溶媒などを含む極性溶媒であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒であることがより好ましい。アルカリ溶液としては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液が好ましい。 The alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. In this embodiment, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide is preferably used as the alkali compound because of its high versatility. Further, the solvent contained in the alkaline solution may be either water or an organic solvent. Among them, the solvent contained in the alkaline solution is preferably a polar solvent containing water or a polar organic solvent exemplified by alcohol, and more preferably an aqueous solvent containing at least water. As the alkaline solution, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide or an aqueous solution of potassium hydroxide is preferable because of its high versatility.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。アルカリ処理工程におけるリンオキソ酸基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上30分以下であることが好ましく、10分以上20分以下であることがより好ましい。アルカリ処理におけるアルカリ溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえばリンオキソ酸基導入繊維の絶乾質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably 5° C. or higher and 80° C. or lower, and more preferably 10° C. or higher and 60° C. or lower. The time for immersing the phosphorus oxo acid group-introduced fiber in the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 30 minutes or less, and more preferably 10 minutes or more and 20 minutes or less. The amount of the alkaline solution used in the alkaline treatment is not particularly limited, but for example, it is preferably 100% by mass or more and 100000% by mass or less, and 1000% by mass or more and 10000% by mass or less based on the absolutely dry mass of the phosphorus oxo acid group-introduced fiber. Is more preferable.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の使用量を減らすために、リンオキソ酸基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、リンオキソ酸基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄してもよい。アルカリ処理工程の後であって解繊処理工程の前には、取り扱い性を向上させる観点から、アルカリ処理を行ったリンオキソ酸基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄することが好ましい。 In order to reduce the amount of the alkaline solution used in the alkali treatment step, the phosphorus oxo acid group-introduced fiber may be washed with water or an organic solvent after the phosphorus oxo acid group introduction step and before the alkali treatment step. After the alkali treatment step and before the defibration treatment step, it is preferable to wash the alkali-treated phosphorus oxo acid group-introduced fiber with water or an organic solvent from the viewpoint of improving handleability.
<酸処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、リンオキソ酸基を導入する工程と、後述する解繊処理工程の間に、リンオキソ酸基導入繊維に対して酸処理を行ってもよい。例えば、リンオキソ酸基導入工程、酸処理、アルカリ処理及び解繊処理をこの順で行ってもよい。
<Acid treatment step>
In the case of producing fine fibrous cellulose, an acid treatment may be performed on the phosphorus oxo acid group-introduced fiber between the step of introducing the phosphorus oxo acid group and the defibration treatment step described later. For example, the phosphorus oxo acid group introduction step, the acid treatment, the alkali treatment and the defibration treatment may be performed in this order.
酸処理の方法としては、特に限定されないが、たとえば酸を含有する酸性液中にリンオキソ酸基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。使用する酸性液の濃度は、特に限定されないが、たとえば10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。また、使用する酸性液のpHは、特に限定されないが、たとえば0以上4以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。酸性液に含まれる酸としては、たとえば無機酸、スルホン酸、カルボン酸等を用いることができる。無機酸としては、たとえば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。スルホン酸としては、たとえばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、たとえばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸または硫酸を用いることが特に好ましい。 The method of acid treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the phosphoroxo acid group-introduced fiber in an acid-containing acidic liquid. The concentration of the acidic liquid used is not particularly limited, but is, for example, preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less. The pH of the acidic liquid used is not particularly limited, but is, for example, preferably 0 or more and 4 or less, and more preferably 1 or more and 3 or less. As the acid contained in the acidic liquid, for example, an inorganic acid, a sulfonic acid, a carboxylic acid or the like can be used. Examples of the inorganic acid include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid, boric acid and the like. Examples of the sulfonic acid include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid and the like. Examples of the carboxylic acid include formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid and the like. Among these, it is particularly preferable to use hydrochloric acid or sulfuric acid.
酸処理における酸溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上100℃以下が好ましく、20℃以上90℃以下がより好ましい。酸処理における酸溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上120分以下が好ましく、10分以上60分以下がより好ましい。酸処理における酸溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえばリンオキソ酸基導入繊維の絶乾質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 5°C or higher and 100°C or lower, more preferably 20°C or higher and 90°C or lower. The immersion time in the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 120 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 60 minutes or less. The amount of the acid solution used in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 100% by mass or more and 100000% by mass or less, and 1000% by mass or more and 10000% by mass or less, with respect to the absolutely dry mass of the phosphorus oxo acid group-introduced fiber. Is more preferable.
<解繊処理工程>
繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを製造する場合、繊維状セルロースの製造方法は、解繊処理工程を含んでもよい。解繊処理工程は、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有するセルロース原料、もしくは、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有するセルロース原料に微細化処理を施し、繊維幅が1000nm以下であり、かつ亜リン酸基といったリンオキソ酸基を有する繊維状セルロースを得る工程である。解繊処理工程においては、たとえば解繊処理装置を用いることができる。解繊処理装置は、特に限定されないが、たとえば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、またはビーターなどを使用することができる。上記解繊処理装置の中でも、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミネーションのおそれが少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーを用いるのがより好ましい。
<Fibration process>
When producing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less, the method for producing fibrous cellulose may include a defibration treatment step. In the defibration treatment step, a cellulose raw material having a substituent derived from a phosphorus oxo acid group or a phosphorus oxo acid group, or a cellulose raw material having a substituent derived from a phosphorous acid group or a phosphorous acid group is subjected to a refining treatment, This is a step of obtaining fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphorous acid group such as a phosphorous acid group. In the defibration processing step, for example, a defibration processing device can be used. The defibration treatment device is not particularly limited, but includes, for example, a high-speed defibration device, a grinder (stone mill type crusher), a high pressure homogenizer or an ultrahigh pressure homogenizer, a high pressure collision type crusher, a ball mill, a bead mill, a disc type refiner, a conical refiner, a twin screw A kneader, a vibration mill, a homomixer under high speed rotation, an ultrasonic disperser, a beater, or the like can be used. Among the above defibration treatment devices, it is more preferable to use a high-speed defibration machine, a high-pressure homogenizer, and an ultrahigh-pressure homogenizer that are less affected by the grinding media and less likely to cause contamination.
解繊処理工程においては、たとえば亜リン酸基といったリンオキソ酸基を導入した繊維を、分散媒により希釈してスラリー状にすることが好ましい。分散媒としては、水、および極性有機溶媒などの有機溶媒から選択される1種または2種以上を使用することができる。極性有機溶媒としては、特に限定されないが、たとえばアルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、非プロトン性極性溶媒等が好ましい。アルコール類としては、たとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等が挙げられる。エーテル類としては、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。エステル類としては、たとえば酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。非プロトン性極性溶媒としてはジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N−メチル−2−ピロリジノン(NMP)等が挙げられる。 In the defibration treatment step, it is preferable to dilute the fiber into which a phosphorous acid group such as a phosphite group has been introduced with a dispersion medium to form a slurry. As the dispersion medium, water and one or more selected from organic solvents such as polar organic solvents can be used. The polar organic solvent is not particularly limited, but alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, aprotic polar solvents and the like are preferable. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, and isobutyl alcohol. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol, glycerin and the like. Examples of the ketones include acetone and methyl ethyl ketone (MEK). Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono n-butyl ether, and propylene glycol monomethyl ether. Examples of the esters include ethyl acetate, butyl acetate and the like. Examples of the aprotic polar solvent include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) and the like.
解繊処理時の微細繊維状セルロースの固形分濃度は適宜設定できる。また、亜リン酸基導入繊維を分散媒に分散させて得たスラリー中には、例えば水素結合性のある尿素などのリンオキソ酸基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。 The solid content concentration of the fine fibrous cellulose during the defibration treatment can be set appropriately. Further, the slurry obtained by dispersing the phosphite group-introduced fiber in a dispersion medium may contain solid components other than the phosphorus oxo acid group-introduced fiber such as urea having hydrogen bonding property.
(繊維状セルロース含有組成物)
本発明は、上述した繊維状セルロースを含む繊維状セルロース含有組成物に関するものであってもよい。本明細書において、繊維状セルロース含有組成物は、上述した繊維状セルロースに加えて、溶媒を含む組成物であってもよい。溶媒の種類は、特に限定されないが、水、有機溶媒、水と有機溶媒との混合物を挙げることができる。有機溶媒としては、例えば、アルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF),ジメチルアセトアミド(DMAc)等が挙げられる。アルコール類としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、t−ブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、エチレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。エーテル類としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn−ブチルエーテル、エチレングリコールモノt−ブチルエーテル等が挙げられる。
(Fibrous cellulose-containing composition)
The present invention may relate to a fibrous cellulose-containing composition containing the above-mentioned fibrous cellulose. In the present specification, the fibrous cellulose-containing composition may be a composition containing a solvent in addition to the fibrous cellulose described above. The type of solvent is not particularly limited, and examples thereof include water, an organic solvent, and a mixture of water and an organic solvent. Examples of the organic solvent include alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), and the like. Examples of alcohols include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, t-butyl alcohol and the like. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol and glycerin. Examples of the ketones include acetone and methyl ethyl ketone. Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono n-butyl ether, and ethylene glycol mono t-butyl ether.
繊維状セルロース含有組成物において、溶媒が主成分である場合には、繊維状セルロース含有組成物は、液状組成物であってもよい。また、繊維状セルロース含有組成物において、溶媒の含有量が少ない場合には、繊維状セルロース含有組成物は固形状組成物であってもよい。なお、固形状組成物には、ゲル状組成物や粉粒状組成物も含まれる。 In the fibrous cellulose-containing composition, when the solvent is the main component, the fibrous cellulose-containing composition may be a liquid composition. Further, in the fibrous cellulose-containing composition, when the content of the solvent is small, the fibrous cellulose-containing composition may be a solid composition. The solid composition also includes a gel composition and a powdery composition.
繊維状セルロース含有組成物が液状組成物である場合、液状組成物中の固形分濃度は、液状組成物の全質量に対して、0.1質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることがさらに好ましい。また、液状組成物における固形分濃度は、液状組成物の全質量に対して、90質量%以下であることが好ましく、50質量%以下であることがより好ましい。また、繊維状セルロース含有組成物が固形状組成物である場合、固形状組成物中の固形分濃度は、固形状組成物の全質量に対して、50質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。また、固形状組成物における固形分濃度は、固形状組成物の全質量に対して、99.9質量%以下であることが好ましく、95質量%以下であることがより好ましい。 When the fibrous cellulose-containing composition is a liquid composition, the solid content concentration in the liquid composition is preferably 0.1% by mass or more and 1% by mass or more based on the total mass of the liquid composition. Is more preferable, and 5% by mass or more is further preferable. The solid content concentration in the liquid composition is preferably 90% by mass or less, and more preferably 50% by mass or less, based on the total mass of the liquid composition. Further, when the fibrous cellulose-containing composition is a solid composition, the solid content concentration in the solid composition is preferably 50% by mass or more based on the total mass of the solid composition, 80 It is more preferably at least mass% and even more preferably at least 90 mass %. Further, the solid content concentration in the solid composition is preferably 99.9% by mass or less, and more preferably 95% by mass or less, based on the total mass of the solid composition.
繊維状セルロース含有組成物が溶媒として水を含む液状組成物である場合、液状組成物中に含まれる繊維状セルロースの含有量を0.2質量%とした際の液状組成物の全光線透過率は、80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましく、98%以上であることが特に好ましい。ここで、液状組成物の全光線透過率は、JIS K 7361に準拠して測定される値である。液状組成物の全光線透過率はヘーズメータを用いて測定する。この際、光路長1cmの液体用ガラスセルを用いる。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行う。測定の前には、液状組成物を23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置し、液状組成物の液温を23℃とする。なお、液状組成物の全光線透過率が上記範囲内であることは、繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基が過度に縮合していないことも意味している。 When the fibrous cellulose-containing composition is a liquid composition containing water as a solvent, the total light transmittance of the liquid composition when the content of the fibrous cellulose contained in the liquid composition is 0.2% by mass. Is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, further preferably 95% or more, and particularly preferably 98% or more. Here, the total light transmittance of the liquid composition is a value measured according to JIS K7361. The total light transmittance of the liquid composition is measured using a haze meter. At this time, a glass cell for liquid having an optical path length of 1 cm is used. The zero point measurement is performed with ion-exchanged water contained in the glass cell. Before the measurement, the liquid composition is allowed to stand for 24 hours in an environment of 23° C. and a relative humidity of 50% so that the liquid temperature of the liquid composition is 23° C. In addition, that the total light transmittance of the liquid composition is within the above range also means that the phosphorus oxo acid group of the fibrous cellulose is not excessively condensed.
また、繊維状セルロース含有組成物が溶媒として水を含む液状組成物である場合、液状組成物のヘーズは、25%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、15%以下であることがさらに好ましく、10%以下であることが一層好ましく、5%以下であることが特に好ましい。液状組成物のヘーズは、0%であってもよい。なお、上記ヘーズ値は、繊維状セルロース含有組成物をイオン交換水で0.2質量%となるように希釈した後、JIS K 7136に準拠して測定した値である。ヘーズの測定にはヘーズメータを用い、光路長1cmの液体用ガラスセルに分散液を充填する。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行う。 When the fibrous cellulose-containing composition is a liquid composition containing water as a solvent, the haze of the liquid composition is preferably 25% or less, more preferably 20% or less, and 15% or less. Is more preferable, 10% or less is more preferable, and 5% or less is particularly preferable. The haze of the liquid composition may be 0%. The haze value is a value measured according to JIS K 7136 after diluting the fibrous cellulose-containing composition with ion-exchanged water to 0.2% by mass. A haze meter is used for the measurement of haze, and the dispersion liquid is filled in a glass cell for liquid having an optical path length of 1 cm. The zero point measurement is performed with ion-exchanged water contained in the glass cell.
液状組成物中に含まれる繊維状セルロースの含有量を0.4質量%とした際のB型粘度は、5000mPa・s以上であることが好ましく、8000mPa・s以上であることがより好ましく、10000mPa・s以上であることがさらに好ましい。なお、液状組成物の粘度の上限値は特に限定されるものではないが、100000mPa・sであることが好ましい。なお、上記粘度は、液状組成物を固形分濃度が0.4質量%となるように希釈した後に、ディスパーザーにて1500rpmで5分間撹拌し、スラリーを十分に均一し、23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した後にB型粘度計を用いて測定した値である。測定条件は、23℃の条件とし、3rpmで3分間回転させた際の粘度を測定する。なお、測定装置としては、BLOOKFIELD社製のアナログ粘度計T−LVTを用いることができる。 The B-type viscosity when the content of the fibrous cellulose contained in the liquid composition is 0.4% by mass is preferably 5000 mPa·s or more, more preferably 8000 mPa·s or more, and 10000 mPas. -It is more preferable that it is s or more. The upper limit of the viscosity of the liquid composition is not particularly limited, but it is preferably 100000 mPa·s. The above-mentioned viscosity is obtained by diluting the liquid composition so that the solid content concentration becomes 0.4% by mass, and then stirring the same at 1500 rpm for 5 minutes with a disperser to sufficiently homogenize the slurry at 23° C. and relative humidity. It is a value measured using a B-type viscometer after standing still for 24 hours in a 50% environment. The measurement condition is set to 23° C., and the viscosity when rotated at 3 rpm for 3 minutes is measured. As the measuring device, an analog viscometer T-LVT manufactured by BLOOKFIELD can be used.
繊維状セルロース含有組成物が溶媒を含む液状組成物である場合、繊維状セルロース含有組成物は、上述した解繊処理工程で得られるスラリーであってもよい。また、解繊処理工程で得られるスラリーを濃縮したり、乾燥したりすることでゲル状や固形状の繊維状セルロース含有物とした後に、繊維状セルロース含有物を溶媒に再分散させることで繊維状セルロース含有組成物(繊維状セルロース分散液)としてもよい。 When the fibrous cellulose-containing composition is a liquid composition containing a solvent, the fibrous cellulose-containing composition may be a slurry obtained in the above defibration treatment step. In addition, after concentrating or drying the slurry obtained in the defibration treatment step to form a gel-like or solid fibrous cellulose-containing material, the fibrous cellulose-containing material is redispersed in a solvent to form fibers. A cellulose-containing composition (fibrous cellulose dispersion) may be used.
<任意成分>
繊維状セルロース含有組成物は、さらに任意成分を含んでいてもよい。任意成分としては、例えば、消泡剤、潤滑剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、安定剤、界面活性剤、防腐剤等を挙げることができる。また、繊維状セルロース含有組成物は、任意成分として、親水性高分子、親水性低分子、有機イオン等を含有していてもよい。
<Arbitrary ingredients>
The fibrous cellulose-containing composition may further contain optional components. Examples of the optional component include a defoaming agent, a lubricant, an ultraviolet absorber, a dye, a pigment, a stabilizer, a surfactant, and a preservative. Further, the fibrous cellulose-containing composition may contain, as an optional component, a hydrophilic polymer, a hydrophilic low molecule, an organic ion or the like.
親水性高分子は、親水性の含酸素有機化合物(但し、上記セルロース繊維は除く)であることが好ましく、含酸素有機化合物としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、カゼイン、デキストリン、澱粉、変性澱粉、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール(アセトアセチル化ポリビニルアルコール等)、ポリビニルピロリドン、ポリビニルメチルエーテル、ポリアクリル酸塩類、アクリル酸アルキルエステル共重合体、ウレタン系共重合体、セルロース誘導体(ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等)等が挙げられる。 The hydrophilic polymer is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound (excluding the above-mentioned cellulose fiber). Examples of the oxygen-containing organic compound include polyethylene glycol, polyethylene oxide, casein, dextrin, starch, and modified Starch, polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol (acetoacetylated polyvinyl alcohol, etc.), polyvinylpyrrolidone, polyvinyl methyl ether, polyacrylates, alkyl acrylate copolymers, urethane copolymers, cellulose derivatives (hydroxyethyl cellulose, carboxy) Ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, etc.) and the like.
親水性低分子は、親水性の含酸素有機化合物であることが好ましく、多価アルコールであることがさらに好ましい。多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、ソルビトール、エチレングリコール等が挙げられる。 The hydrophilic low-molecular weight compound is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound, more preferably a polyhydric alcohol. Examples of the polyhydric alcohol include glycerin, sorbitol, ethylene glycol and the like.
有機イオンとしては、テトラアルキルアンモニウムイオンやテトラアルキルホスホニウムイオンを挙げることができる。テトラアルキルアンモニウムイオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、テトラヘキシルアンモニウムイオン、テトラヘプチルアンモニウムイオン、トリブチルメチルアンモニウムイオン、ラウリルトリメチルアンモニウムイオン、セチルトリメチルアンモニウムイオン、ステアリルトリメチルアンモニウムイオン、オクチルジメチルエチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルエチルアンモニウムイオン、ジデシルジメチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルベンジルアンモニウムイオン、トリブチルベンジルアンモニウムイオンが挙げられる。テトラアルキルホスホニウムイオンとしては、例えばテトラメチルホスホニウムイオン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラプロピルホスホニウムイオン、テトラブチルホスホニウムイオン、およびラウリルトリメチルホスホニウムイオンが挙げられる。また、テトラプロピルオニウムイオン、テトラブチルオニウムイオンとして、それぞれテトラn−プロピルオニウムイオン、テトラn−ブチルオニウムイオンなども挙げることができる。 Examples of organic ions include tetraalkylammonium ions and tetraalkylphosphonium ions. Examples of the tetraalkylammonium ion include tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetrapropylammonium ion, tetrabutylammonium ion, tetrapentylammonium ion, tetrahexylammonium ion, tetraheptylammonium ion, tributylmethylammonium ion, and lauryltrimethyl. Examples thereof include ammonium ion, cetyl trimethyl ammonium ion, stearyl trimethyl ammonium ion, octyl dimethyl ethyl ammonium ion, lauryl dimethyl ethyl ammonium ion, didecyl dimethyl ammonium ion, lauryl dimethyl benzyl ammonium ion, and tributyl benzyl ammonium ion. Examples of the tetraalkylphosphonium ion include tetramethylphosphonium ion, tetraethylphosphonium ion, tetrapropylphosphonium ion, tetrabutylphosphonium ion, and lauryltrimethylphosphonium ion. Moreover, as tetrapropyl onium ion and tetrabutyl onium ion, tetra n-propyl onium ion, tetra n-butyl onium ion, etc. can be mentioned, respectively.
(成形体)
本発明は、上述した繊維状セルロース、もしくは、上述した繊維状セルロース含有組成物から形成される成形体に関するものであってもよい。本明細書において成形体とは、所望の形状となるように成形された固形状体である。成形体としては、例えば、シート、ビーズ、フィラメント等を挙げることができる。中でも、成形体は、シート、ビーズ又はフィラメントであることが好ましい。成形体がビーズ状である場合、ビーズの粒子径は、0.1mm以上10mm以下であることが好ましい。また、成形体がフィラメント状である場合、フィラメントの幅は0.1mm以上10mm以下であることが好ましく、フィラメントの長さは1mm以上10000mm以下であることが好ましい。
(Molded body)
The present invention may relate to the above-mentioned fibrous cellulose or a molded body formed from the above-mentioned fibrous cellulose-containing composition. In the present specification, the molded body is a solid body that is molded into a desired shape. Examples of the molded body include sheets, beads, filaments and the like. Above all, the molded body is preferably a sheet, beads or filament. When the molded product is in the form of beads, the particle diameter of the beads is preferably 0.1 mm or more and 10 mm or less. When the molded product is in the form of a filament, the width of the filament is preferably 0.1 mm or more and 10 mm or less, and the length of the filament is preferably 1 mm or more and 10000 mm or less.
(シート)
中でも、成形体はシート状であることが好ましく、本発明は上述した繊維状セルロース含有組成物から形成されるシートに関するものであってもよい。ここで、下記条件(a)でシートを形成した場合、該シートのYI値は6.0以下であればよく、4.5以下であることが好ましく、3.0以下であることがより好ましく、1.5以下であることがさらに好ましい。なお、シートのYI値の下限値は特に限定されるものではなく、0.0であってもよい。シートのYI値は、JIS K 7373に準拠して測定される値である。測定装置としては、例えば、スガ試験機株式会社製のColour Cute iを用いることができる。
条件(a):
固形分濃度が0.5質量%の繊維状セルロース分散液を作製し、該繊維状セルロース分散液100質量部に対して、0.5質量%濃度のポリエチレンオキサイド水溶液を20質量部添加し、塗工液とする;該塗工液を基材上に塗工して坪量が50g/m2のシートを形成する。
(Sheet)
Above all, the molded body is preferably in the form of a sheet, and the present invention may be related to a sheet formed from the above-mentioned fibrous cellulose-containing composition. Here, when a sheet is formed under the following condition (a), the YI value of the sheet may be 6.0 or less, preferably 4.5 or less, and more preferably 3.0 or less. , 1.5 or less is more preferable. The lower limit of the YI value of the sheet is not particularly limited and may be 0.0. The YI value of the sheet is a value measured according to JIS K7373. As the measuring device, for example, Color Cute i manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd. can be used.
Condition (a):
A fibrous cellulose dispersion having a solid content concentration of 0.5% by mass was prepared, and 20 parts by mass of an aqueous polyethylene oxide solution having a concentration of 0.5% by mass was added to 100 parts by mass of the fibrous cellulose dispersion, followed by coating. A coating solution is applied onto a substrate to form a sheet having a basis weight of 50 g/m 2 .
なお、シートのYI値や全光線透過率を測定する際には、坪量が50g/m2のシートにおいて各測定を行う。しかし、得られるシートの坪量が50g/m2ではない場合も想定される。このような場合は、シートを水に再分散させ、坪量が50g/m2のシートを作製する工程を測定前に設けることができる。 When measuring the YI value and total light transmittance of the sheet, each measurement is performed on the sheet having a basis weight of 50 g/m 2 . However, it is also possible that the basis weight of the obtained sheet is not 50 g/m 2 . In such a case, a step of redispersing the sheet in water to prepare a sheet having a basis weight of 50 g/m 2 can be provided before the measurement.
本発明のシートの厚みは、特に限定されないが、たとえば5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることがさらに好ましい。またシートの厚みの上限値は、特に限定されないが、たとえば1000μmとすることができる。シートの厚みは、たとえば触針式厚さ計(マール社製、ミリトロン1202D)で測定することができる。 The thickness of the sheet of the present invention is not particularly limited, but is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and further preferably 20 μm or more. The upper limit of the thickness of the sheet is not particularly limited, but may be, for example, 1000 μm. The thickness of the sheet can be measured by, for example, a stylus thickness meter (Millitron 1202D manufactured by Marl).
シートの坪量は、特に限定されないが、たとえば10g/m2以上であることが好ましく、20g/m2以上であることがより好ましく、30g/m2以上であることがさらに好ましい。また、シートの坪量は、特に限定されないが、たとえば200g/m2以下であることが好ましく、180g/m2以下であることがより好ましい。ここで、シートの坪量は、たとえばJIS P 8124に準拠し、算出することができる。 The basis weight of the sheet is not particularly limited, but is preferably 10 g/m 2 or more, more preferably 20 g/m 2 or more, and further preferably 30 g/m 2 or more. The basis weight of the sheet is not particularly limited, but is preferably 200 g/m 2 or less, and more preferably 180 g/m 2 or less. Here, the basis weight of the sheet can be calculated in accordance with JIS P 8124, for example.
シートの密度は、特に限定されないが、たとえば0.1g/cm3以上であることが好ましく、0.5g/cm3以上であることがより好ましく、1.0g/cm3以上であることがさらに好ましい。また、シートの密度は、特に限定されないが、たとえば5.0g/cm3以下であることが好ましく、3.0g/cm3以下であることがより好ましい。ここで、シートの密度は、50mm角のシートを23℃、相対湿度50%条件下で24時間調湿した後、シートの厚みおよび質量を測定することにより算出することができる。 The density of the sheet is not particularly limited, but is preferably 0.1 g/cm 3 or more, more preferably 0.5 g/cm 3 or more, and further preferably 1.0 g/cm 3 or more. preferable. The density of the sheet is not particularly limited, but is preferably 5.0 g/cm 3 or less, and more preferably 3.0 g/cm 3 or less. Here, the density of the sheet can be calculated by measuring the thickness and mass of the sheet after conditioning the 50 mm square sheet at 23° C. and 50% relative humidity for 24 hours.
シート中における繊維状セルロースの含有量は、たとえばシートの全質量に対して、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることがさらに好ましく、10質量%以上であることが特に好ましい。一方で、シート中における繊維状セルロースの含有量の上限値は、特に限定されず、シートの全質量に対して100質量%であってもよく、95質量%であってもよい。 The content of fibrous cellulose in the sheet is, for example, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and more preferably 5% by mass or more, based on the total mass of the sheet. Is more preferable and 10% by mass or more is particularly preferable. On the other hand, the upper limit of the content of fibrous cellulose in the sheet is not particularly limited, and may be 100% by mass or 95% by mass with respect to the total mass of the sheet.
シートは、繊維状セルロース含有組成物に含まれ得る任意成分を含んでいてもよい。また、シートには、水や有機溶媒が含まれていてもよい。 The sheet may include optional components that may be included in the fibrous cellulose-containing composition. Further, the sheet may contain water or an organic solvent.
(シートの製造方法)
微細繊維状セルロース含有シートの製造方法は、後述するように、繊維状セルロース含有組成物(以下、繊維状セルロース分散液又はスラリーともいう)を基材上に塗工する塗工工程、または当該スラリーを抄紙する抄紙工程を含むことが好ましい。
(Sheet manufacturing method)
The method for producing a fine fibrous cellulose-containing sheet is, as described later, a coating step of coating a fibrous cellulose-containing composition (hereinafter also referred to as a fibrous cellulose dispersion or slurry) on a substrate, or the slurry. It is preferable to include a paper making step of making paper.
<塗工工程>
塗工工程では、たとえば繊維状セルロース含有組成物(スラリー)を基材上に塗工し、これを乾燥して形成されたシートを基材から剥離することによりシートを得ることができる。また、塗工装置と長尺の基材を用いることで、シートを連続的に生産することができる。
<Coating process>
In the coating step, a sheet can be obtained by, for example, coating a fibrous cellulose-containing composition (slurry) on a base material, and drying the formed sheet to peel off the formed sheet from the base material. Further, the sheet can be continuously produced by using the coating device and the long base material.
塗工工程で用いる基材の材質は、特に限定されないが、繊維状セルロース含有組成物(スラリー)に対する濡れ性が高いものの方が乾燥時のシートの収縮等を抑制することができて良いが、乾燥後に形成されたシートが容易に剥離できるものを選択することが好ましい。中でも樹脂製のフィルムや板または金属製のフィルムや板が好ましいが、特に限定されない。たとえばポリプロピレン、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン等の樹脂のフィルムや板、アルミ、亜鉛、銅、鉄板の金属のフィルムや板、および、それらの表面を酸化処理したもの、ステンレスのフィルムや板、真ちゅうのフィルムや板等を用いることができる。 The material of the base material used in the coating step is not particularly limited, but the one having higher wettability to the fibrous cellulose-containing composition (slurry) may be able to suppress the shrinkage of the sheet during drying, It is preferable to select a sheet from which the sheet formed after drying can be easily peeled off. Of these, a resin film or plate or a metal film or plate is preferable, but not particularly limited. For example, resin films and plates of polypropylene, acrylic, polyethylene terephthalate, vinyl chloride, polystyrene, polycarbonate, polyvinylidene chloride, etc., metal films and plates of aluminum, zinc, copper, iron plates, and those whose surfaces are oxidized. A stainless film or plate, a brass film or plate, or the like can be used.
塗工工程において、スラリーの粘度が低く、基材上で展開してしまう場合には、所定の厚みおよび坪量のシートを得るため、基材上に堰止用の枠を固定して使用してもよい。堰止用の枠としては、特に限定されないが、たとえば乾燥後に付着するシートの端部が容易に剥離できるものを選択することが好ましい。このような観点から、樹脂板または金属板を成形したものがより好ましい。本実施形態においては、たとえばポリプロピレン板、アクリル板、ポリエチレンテレフタレート板、塩化ビニル板、ポリスチレン板、ポリカーボネート板、ポリ塩化ビニリデン板等の樹脂板や、アルミ板、亜鉛板、銅板、鉄板等の金属板、およびこれらの表面を酸化処理したもの、ステンレス板、真ちゅう板等を成形したものを用いることができる。スラリーを基材に塗工する塗工機としては、特に限定されないが、たとえばロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター、エアドクターコーター等を使用することができる。シートの厚みをより均一にできることから、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーターが特に好ましい。 In the coating process, when the viscosity of the slurry is low and spreads on the base material, a damming frame should be fixed on the base material in order to obtain a sheet with a predetermined thickness and basis weight. May be. The damming frame is not particularly limited, but it is preferable to select, for example, a frame in which the edge of the sheet attached after drying can be easily peeled off. From this point of view, a molded resin plate or metal plate is more preferable. In this embodiment, for example, a polypropylene plate, an acrylic plate, a polyethylene terephthalate plate, a vinyl chloride plate, a polystyrene plate, a polycarbonate plate, a polyvinylidene chloride plate, or another resin plate, or an aluminum plate, a zinc plate, a copper plate, an iron plate, or another metal plate. It is also possible to use those whose surfaces are oxidized and which are molded stainless steel plates, brass plates and the like. The coating machine for coating the slurry on the base material is not particularly limited, but a roll coater, a gravure coater, a die coater, a curtain coater, an air doctor coater or the like can be used. A die coater, a curtain coater, and a spray coater are particularly preferable because the thickness of the sheet can be made more uniform.
スラリーを基材へ塗工する際のスラリー温度および雰囲気温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましく、15℃以上50℃以下であることがさらに好ましく、20℃以上40℃以下であることが特に好ましい。塗工温度が上記下限値以上であれば、スラリーをより容易に塗工できる。塗工温度が上記上限値以下であれば、塗工中の分散媒の揮発を抑制できる。 The slurry temperature and the ambient temperature when applying the slurry to the substrate are not particularly limited, but are preferably 5° C. or higher and 80° C. or lower, more preferably 10° C. or higher and 60° C. or lower, and 15° C. The temperature is more preferably 50° C. or lower and more preferably 20° C. or higher and 40° C. or lower. When the coating temperature is at least the above lower limit, the slurry can be coated more easily. If the coating temperature is at most the above upper limit, volatilization of the dispersion medium during coating can be suppressed.
塗工工程においては、シートの仕上がり坪量が好ましくは10g/m2以上200g/m2以下となるように、より好ましくは20g/m2以上180g/m2以下となるように、スラリーを基材に塗工することが好ましい。坪量が上記範囲内となるように塗工することで、強度に優れたシートが得られる。 In the coating step, the slurry is used so that the finished basis weight of the sheet is preferably 10 g/m 2 or more and 200 g/m 2 or less, more preferably 20 g/m 2 or more and 180 g/m 2 or less. It is preferable to coat the material. By coating so that the basis weight is within the above range, a sheet having excellent strength can be obtained.
塗工工程は、上述のとおり、基材上に塗工したスラリーを乾燥させる工程を含む。スラリーを乾燥させる工程は、特に限定されないが、たとえば非接触の乾燥方法、もしくはシートを拘束しながら乾燥する方法、またはこれらの組み合わせにより行われる。 As described above, the coating step includes a step of drying the slurry coated on the base material. The step of drying the slurry is not particularly limited, but is performed by, for example, a non-contact drying method, a method of drying while restraining the sheet, or a combination thereof.
非接触の乾燥方法としては、特に限定されないが、たとえば熱風、赤外線、遠赤外線もしくは近赤外線により加熱して乾燥する方法(加熱乾燥法)、または真空にして乾燥する方法(真空乾燥法)を適用することができる。加熱乾燥法と真空乾燥法を組み合わせてもよいが、通常は、加熱乾燥法が適用される。赤外線、遠赤外線または近赤外線による乾燥は、特に限定されないが、たとえば赤外線装置、遠赤外線装置または近赤外線装置を用いて行うことができる。 The non-contact drying method is not particularly limited, but for example, a method of heating and drying with hot air, infrared rays, far infrared rays or near infrared rays (heating drying method) or a method of drying in vacuum (vacuum drying method) is applied. can do. The heat drying method and the vacuum drying method may be combined, but the heat drying method is usually applied. Drying with infrared rays, far infrared rays, or near infrared rays is not particularly limited, but can be performed using, for example, an infrared device, a far infrared device, or a near infrared device.
加熱乾燥法における加熱温度は、特に限定されないが、たとえば20℃以上150℃以下とすることが好ましく、25℃以上105℃以下とすることがより好ましい。加熱温度を上記下限値以上とすれば、分散媒を速やかに揮発させることができる。また、加熱温度を上記上限値以下であれば、加熱に要するコストの抑制および繊維状セルロースの熱による変色の抑制を実現できる。 The heating temperature in the heating and drying method is not particularly limited, but is preferably 20° C. or higher and 150° C. or lower, and more preferably 25° C. or higher and 105° C. or lower. When the heating temperature is at least the above lower limit, the dispersion medium can be volatilized quickly. When the heating temperature is at most the above upper limit, it is possible to suppress the cost required for heating and suppress the discoloration of fibrous cellulose due to heat.
<抄紙工程>
抄紙工程は、抄紙機によりスラリーを抄紙することにより行われる。抄紙工程で用いられる抄紙機としては、特に限定されないが、たとえば長網式、円網式、傾斜式等の連続抄紙機、またはこれらを組み合わせた多層抄き合わせ抄紙機等が挙げられる。抄紙工程では、手抄き等の公知の抄紙方法を採用してもよい。
<Papermaking process>
The papermaking process is performed by making the slurry into paper using a paper machine. The paper machine used in the paper making process is not particularly limited, and examples thereof include a fourdrinier type, cylinder type, inclined type and the like continuous paper machine, and a multi-layered paper machine combining them. In the paper making process, a known paper making method such as hand making may be adopted.
抄紙工程は、スラリーをワイヤーにより濾過、脱水して湿紙状態のシートを得た後、このシートをプレス、乾燥することにより行われる。スラリーを濾過、脱水する際に用いられる濾布としては、特に限定されないが、たとえば繊維状セルロースは通過せず、かつ濾過速度が遅くなりすぎないものであることがより好ましい。このような濾布としては、特に限定されないが、たとえば有機ポリマーからなるシート、織物、多孔膜が好ましい。有機ポリマーとしては特に限定されないが、たとえばポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のような非セルロース系の有機ポリマーが好ましい。本実施形態においては、たとえば孔径0.1μm以上20μm以下であるポリテトラフルオロエチレンの多孔膜や、孔径0.1μm以上20μm以下であるポリエチレンテレフタレートやポリエチレンの織物等が挙げられる。 The papermaking step is performed by filtering the slurry with a wire and dehydrating it to obtain a wet paper sheet, and then pressing and drying this sheet. The filter cloth used for filtering and dehydrating the slurry is not particularly limited, but it is more preferable that, for example, fibrous cellulose does not pass through and the filtration rate does not become too slow. The filter cloth is not particularly limited, but a sheet, a woven fabric, and a porous membrane made of an organic polymer are preferable. The organic polymer is not particularly limited, but non-cellulosic organic polymers such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene and polytetrafluoroethylene (PTFE) are preferable. In the present embodiment, for example, a polytetrafluoroethylene porous film having a pore diameter of 0.1 μm or more and 20 μm or less, a polyethylene terephthalate or polyethylene woven fabric having a pore diameter of 0.1 μm or more and 20 μm or less, and the like can be mentioned.
シート化工程において、スラリーからシートを製造する方法は、たとえば繊維状セルロースを含むスラリーを無端ベルトの上面に吐出し、吐出されたスラリーから分散媒を搾水してウェブを生成する搾水セクションと、ウェブを乾燥させてシートを生成する乾燥セクションとを備える製造装置を用いて行うことができる。搾水セクションから乾燥セクションにかけて無端ベルトが配設され、搾水セクションで生成されたウェブが無端ベルトに載置されたまま乾燥セクションに搬送される。 In the sheet-forming step, a method for producing a sheet from the slurry includes, for example, discharging a slurry containing fibrous cellulose onto the upper surface of an endless belt, and squeezing a dispersion medium from the discharged slurry to form a web. , A drying section for drying the web to produce a sheet. An endless belt is arranged from the water squeezing section to the drying section, and the web produced in the water squeezing section is conveyed to the drying section while being placed on the endless belt.
抄紙工程において用いられる脱水方法としては、特に限定されないが、たとえば紙の製造で通常に使用している脱水方法が挙げられる。これらの中でも、長網、円網、傾斜ワイヤーなどで脱水した後、さらにロールプレスで脱水する方法が好ましい。また、抄紙工程において用いられる乾燥方法としては、特に限定されないが、たとえば紙の製造で用いられている方法が挙げられる。これらの中でも、シリンダードライヤー、ヤンキードライヤー、熱風乾燥、近赤外線ヒーター、赤外線ヒーターなどを用いた乾燥方法がより好ましい。 The dehydration method used in the papermaking step is not particularly limited, and examples thereof include a dehydration method commonly used in paper production. Among these, a method of dehydrating with a Fourdrinier, a cylinder, an inclined wire or the like, and then further dehydrating with a roll press is preferable. The drying method used in the papermaking step is not particularly limited, and examples thereof include the method used in paper production. Among these, a drying method using a cylinder dryer, a Yankee dryer, hot air drying, a near infrared heater, an infrared heater or the like is more preferable.
(用途)
本発明の製造方法で得られる繊維状セルロースは、増粘剤や粒子分散安定剤として使用することができる。また、本発明の製造方法で得られる繊維状セルロースを溶媒に混合することで、繊維状セルロース分散液としたり、該スラリーから微細繊維状セルロースが均一に分散したシートを形成したりすることもできる。また、本発明の繊維状セルロースは、樹脂成分を含む有機溶媒との混合に好ましく用いることもできる。本発明の微細繊維状セルロースと、樹脂成分を含む有機溶媒を混合することで、微細繊維状セルロースが均一に分散した樹脂複合体を形成することができる。同様に微細繊維状セルロース再分散スラリーを用いて製膜し、各種フィルムとして使用することができる。
(Use)
The fibrous cellulose obtained by the production method of the present invention can be used as a thickener or a particle dispersion stabilizer. Further, the fibrous cellulose obtained by the production method of the present invention can be mixed with a solvent to form a fibrous cellulose dispersion, or a sheet in which fine fibrous cellulose is uniformly dispersed can be formed from the slurry. .. Further, the fibrous cellulose of the present invention can be preferably used for mixing with an organic solvent containing a resin component. By mixing the fine fibrous cellulose of the present invention and an organic solvent containing a resin component, it is possible to form a resin composite in which the fine fibrous cellulose is uniformly dispersed. Similarly, a fine fibrous cellulose redispersion slurry is used to form a film, which can be used as various films.
また、本発明の製造方法で得られる繊維状セルロースは、例えば、補強剤や添加剤として、セメント、塗料、インク、潤滑剤などに使用することができる。また、繊維状セルロースを基材上に塗工することで得られる成形体は、補強材、内装材、外装材、包装用資材、電子材料、光学材料、音響材料、プロセス材料、輸送機器の部材、電子機器の部材、電気化学素子の部材等の用途にも適している。 The fibrous cellulose obtained by the production method of the present invention can be used as a reinforcing agent or an additive in cement, paint, ink, lubricant, etc. A molded product obtained by coating fibrous cellulose on a base material is a reinforcing material, interior material, exterior material, packaging material, electronic material, optical material, acoustic material, process material, member of transportation equipment. It is also suitable for applications such as electronic equipment members and electrochemical element members.
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 The features of the present invention will be described more specifically below with reference to Examples and Comparative Examples. The materials, usage amounts, ratios, processing contents, processing procedures, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limitedly interpreted by the following specific examples.
<製造例1>
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量245g/m2シート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。
<Production Example 1>
As a raw material pulp, a softwood kraft pulp made by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93 mass %, basis weight 245 g/m 2 sheet shape, Canadian standard freeness (CSF) measured according to JIS P 8121 is 700 ml) It was used.
この原料パルプに対してリンオキソ酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、亜リン酸(ホスホン酸)と尿素の混合水溶液を添加して、亜リン酸(ホスホン酸)33質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調整し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で300秒加熱し、パルプ中のセルロースにリンオキソ酸基を導入し、リンオキソ酸化パルプ1を得た。 This raw material pulp was subjected to phosphorus oxo oxidation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of phosphorous acid (phosphonic acid) and urea is added to 100 parts by mass of the raw material pulp (absolute dry mass) to form 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid), 120 parts by mass of urea, and 150 parts of water. The pulp was adjusted to be a mass part to obtain a chemical-impregnated pulp. Then, the obtained chemical liquid-impregnated pulp was heated for 300 seconds with a hot air dryer at 165° C. to introduce phosphorus oxo acid groups into the cellulose in the pulp to obtain phosphorus oxo oxidized pulp 1.
次いで、得られたリンオキソ酸化パルプ1に対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、100g(絶乾質量)のリンオキソ酸化パルプ1に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Then, the phosphorous oxidization pulp 1 thus obtained was washed. In the washing treatment, a pulp dispersion obtained by pouring 10 L of ion-exchanged water to 100 g (absolute dry mass) of phosphorus oxo-oxidized pulp 1 is stirred to uniformly disperse the pulp, and then filtration dehydration is repeated. I went by. When the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less, the washing end point was set.
洗浄後のリンオキソ酸化パルプ1に対して、さらに上記リンオキソ酸化処理、上記洗浄処理をこの順に2回ずつ行った。(反応回数:3回)。 The phosphorus oxo oxidation pulp 1 after washing was further subjected to the above phosphorus oxo oxidation treatment and the above washing treatment twice in this order. (Number of reactions: 3 times).
次いで、洗浄後のリンオキソ酸化パルプ1に対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリンオキソ酸化パルプ1を10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリンオキソ酸化パルプスラリー1を得た。次いで、当該リンオキソ酸化パルプスラリー1を脱水して、中和処理が施されたリンオキソ酸化パルプ1を得た。次いで、中和処理後のリンオキソ酸化パルプ1に対して、上記洗浄処理を行った。 Then, the washed phosphorous oxidative pulp 1 was subjected to a neutralization treatment as follows. First, the washed phosphorous oxide pulp 1 is diluted with 10 L of ion-exchanged water, and 1N aqueous sodium hydroxide solution is added little by little while stirring to give a phosphorous oxide pulp slurry 1 having a pH of 12 or more and 13 or less. Obtained. Then, the phosphorus oxo-oxidized pulp slurry 1 was dehydrated to obtain a neutralized phosphorus-oxo-oxidized pulp 1. Next, the above-mentioned washing treatment was performed on the phosphorous oxidization pulp 1 after the neutralization treatment.
これにより得られたリンオキソ酸化パルプ1に対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)が付加されていることが確認された。 Infrared absorption spectrum of the thus-obtained phosphoroxoxidized pulp 1 was measured using FT-IR. As a result, the absorption based on P=O of the phosphonic acid group, which is a tautomer of the phosphorous acid group, was observed near 1210 cm -1 , and the phosphorous acid group (phosphonic acid group) was added to the pulp. Was confirmed.
また、得られたリンオキソ酸化パルプ1を供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 Moreover, when the obtained phosphorus oxo-oxidized pulp 1 was tested and analyzed by an X-ray diffractometer, two positions of 2θ=14° or more and 17° or less and 2θ=22° or more and 23° or less were determined. Was confirmed to have a typical peak, and it was confirmed to have a cellulose type I crystal.
得られたリンオキソ酸化パルプ1にイオン交換水を添加し、固形分濃度が0.3質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、高圧ホモジナイザー(株式会社美粒製、BERYU MINI)を用いて、150MPaの条件で3回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。 Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorous oxide pulp 1 to prepare a slurry having a solid content concentration of 0.3% by mass. This slurry was treated three times under the condition of 150 MPa using a high-pressure homogenizer (Beryu Mini, manufactured by Bijin Co., Ltd.) to obtain a fine fibrous cellulose dispersion liquid containing fine fibrous cellulose.
X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を、透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3〜5nmの微細繊維状セルロースが観察された。 It was confirmed by X-ray diffraction that the fine fibrous cellulose maintained the cellulose type I crystal. Moreover, when the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope, fine fibrous cellulose of 3 to 5 nm was observed.
なお、製造例4を除いた全ての製造例において得られたリンオキソ酸化パルプについて、同様にFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行ったところ、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)が付加されていることが確認された。また、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 In addition, when the infrared absorption spectrum was similarly measured using FT-IR with respect to the phosphoroxoxidized pulp obtained in all the production examples except Production Example 4, it was found that a phosphorous group was found to be present near 1210 cm −1. Absorption based on P=O of the phosphonic acid group, which is a mutant, was observed, and it was confirmed that the phosphorous acid group (phosphonic acid group) was added to the pulp. In addition, when analyzed by an X-ray diffractometer, typical peaks were confirmed at two positions near 2θ=14° or more and 17° or less and 2θ=22° or more and 23° or less. It was confirmed to have crystals.
製造例4において得られたリンオキソ酸化パルプについて、同様にFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行ったところ、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)およびリン酸基が付加されていることが確認された。また、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 When the infrared absorption spectrum of the phospho-oxidized pulp obtained in Production Example 4 was similarly measured by using FT-IR, it was found that the phosphonic acid group, which is a tautomer of the phosphite group, was found around 1210 cm −1 . Absorption based on P=O Absorption based on P=O of the phosphoric acid group was observed near 1230 cm -1 , confirming that the phosphorous acid group (phosphonic acid group) and phosphoric acid group were added to the pulp. It was In addition, when analyzed by an X-ray diffractometer, typical peaks were confirmed at two positions near 2θ=14° or more and 17° or less and 2θ=22° or more and 23° or less. It was confirmed to have crystals.
また、以降全ての製造例において得られた微細繊維状セルロース分散液について、X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3〜5nmの微細繊維状セルロースが観察された。 In addition, it was confirmed by X-ray diffraction that the fine fibrous cellulose dispersions obtained in all of the following production examples maintained the cellulose type I crystals. Moreover, when the fiber width was measured using a transmission electron microscope, fine fibrous cellulose having a size of 3 to 5 nm was observed.
<製造例2及び3>
リンオキソ酸化処理における熱風乾燥機での加熱時間を450秒(製造例2)、600秒(製造例3)とした以外は製造例1と同様にして微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
<Production Examples 2 and 3>
Fine fibrous cellulose dispersion liquid containing fine fibrous cellulose in the same manner as in Production Example 1 except that the heating time in the hot air dryer in the phosphorus oxo oxidation treatment was 450 seconds (Production Example 2) and 600 seconds (Production Example 3). Got
<製造例4>
亜リン酸(ホスホン酸)33質量部の代わりに、リン酸28質量部、亜リン酸(ホスホン酸)8質量部を用い、リンオキソ酸化処理における熱風乾燥機での加熱時間を450秒とし、リンオキソ酸化処理の繰り返し数を1回とした(反応回数:2回)以外は、製造例1と同様にして微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
<Production Example 4>
Instead of 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid), 28 parts by mass of phosphoric acid and 8 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid) were used, and the heating time in the hot air dryer in the phosphoro-oxo oxidation treatment was 450 seconds. A fine fibrous cellulose dispersion liquid containing fine fibrous cellulose was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the oxidation treatment was repeated once (reaction number: 2 times).
<製造例5及び6>
リンオキソ酸化処理における熱風乾燥機での加熱時間を450秒(製造例5)、600秒(製造例6)とし、リンオキソ酸化処理の繰り返し数を1回とした(反応回数:2回)以外は、製造例1と同様にして微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
<Production Examples 5 and 6>
Except that the heating time in the hot air dryer in the phosphorus oxo oxidation treatment was 450 seconds (Production Example 5) and 600 seconds (Production Example 6), and the phosphorus oxo oxidation treatment was repeated once (reaction number: 2 times). A fine fibrous cellulose dispersion liquid containing fine fibrous cellulose was obtained in the same manner as in Production Example 1.
<製造例7>
リンオキソ酸化処理における熱風乾燥機での加熱時間を900秒とし、リンオキソ酸化処理を繰り返し行わなかった(反応回数:1回)以外は、製造例4と同様にして微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
<Production Example 7>
Fine fibrous cellulose containing fine fibrous cellulose was produced in the same manner as in Production Example 4 except that the heating time in the hot-air dryer in the phosphorus oxo oxidation treatment was 900 seconds and the phosphorus oxo oxidation treatment was not repeated (reaction number: 1 time). A cellulose dispersion was obtained.
<製造例8〜10>
リンオキソ酸化処理における熱風乾燥機での加熱時間を900秒(製造例8)、1350秒(製造例9)、1800秒(製造例10)とし、リンオキソ酸化処理を繰り返し行わなかった(反応回数:1回)以外は、製造例1と同様にして微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
<Production Examples 8 to 10>
The heating time in the hot air dryer in the phosphorus oxo oxidation treatment was set to 900 seconds (Production Example 8), 1350 seconds (Production Example 9), and 1800 seconds (Production Example 10), and the phosphorus oxo oxidation treatment was not repeated (reaction number: 1 Except for the above), a fine fibrous cellulose dispersion liquid containing fine fibrous cellulose was obtained in the same manner as in Production Example 1.
[測定及び評価]
製造例1〜10のリンオキソ酸化処理工程もしくは洗浄工程の後に得られたリンオキソ酸化パルプについて、後述する評価方法に従って、尿素分解率、YI値、重合度の測定を行った。また、製造例1〜10で得られた微細繊維状セルロース分散液について、後述する評価方法に従って、ヘーズ、全光線透過率を測定した。また、後述する方法で微細繊維状セルロース含有シートを作製し、YI値を測定した。
[Measurement and evaluation]
Urea decomposition rate, YI value, and degree of polymerization of the phosphorus oxo-oxidized pulp obtained after the phosphorous-oxidation treatment step or the washing step of Production Examples 1 to 10 were measured according to the evaluation method described below. The haze and the total light transmittance of the fine fibrous cellulose dispersions obtained in Production Examples 1 to 10 were measured according to the evaluation methods described below. Further, a fine fibrous cellulose-containing sheet was prepared by the method described below, and the YI value was measured.
<尿素分解率の算出>
製造例1〜10の各リンオキソ酸化処理における尿素分解率を以下の方法で算出した。ここで、尿素分解率とは、リンオキソ酸導入工程における、水の蒸発以外の質量減少(すなわち、尿素の分解量)を、セルロース原料に添加した尿素の質量で除し、質量分率で表した値である。この値は以下の方法で測定した。
まず試験に使用するセルロース原料(パルプ)の絶乾質量を測定した。次にセルロース原料(パルプ)に所定量の薬液を添加して、質量を測定した(m0)。薬液組成とパルプの初期含水率から水の添加量(系の水分量)(mw)および、尿素の添加量(mu)を算出した。その後、含浸したセルロース原料(パルプ)を、上述したような加熱処理条件で加熱処理して、質量を測定した(m1)。測定及び算出した質量を用い、下記(式1)より尿素分解率[%]を算出した。
尿素分解率[%]=(m0−mw−m1)/mu×100・・・(式1)
m0 :加熱前の薬液含浸パルプ質量
mw :水の添加量(系の水分量)
m1 :加熱後のパルプ質量
mu :尿素の添加量
なお、リンオキソ酸導入工程を複数回繰返す場合は、上述のセルロース原料(パルプ)を複数回反応に供試するリンオキソ酸化パルプに置き換え、同様の計算を行った。
<Calculation of urea decomposition rate>
The urea decomposition rate in each phosphorus oxo oxidation treatment of Production Examples 1 to 10 was calculated by the following method. Here, the urea decomposition rate is a mass fraction obtained by dividing the mass reduction other than evaporation of water in the phosphorus oxo acid introduction step (that is, the decomposition amount of urea) by the mass of urea added to the cellulose raw material. It is a value. This value was measured by the following method.
First, the absolutely dry mass of the cellulose raw material (pulp) used in the test was measured. Next, a predetermined amount of the chemical liquid was added to the cellulose raw material (pulp), and the mass was measured (m 0 ). From the chemical composition and the initial water content of pulp, the amount of water added (water content of the system) (m w ) and the amount of urea added (m u ) were calculated. Then, the impregnated cellulose raw material (pulp) was heat-treated under the heat-treatment conditions as described above, and the mass was measured (m 1 ). The urea decomposition rate [%] was calculated from the following (Formula 1) using the measured and calculated mass.
Urea decomposition rate [%]=(m 0 −m w −m 1 )/mu u ×100 (Equation 1)
m 0 : mass of chemical-impregnated pulp before heating m w : amount of added water (water content of system)
m 1 : mass of pulp after heating m u : amount of urea added When the phosphorus oxo acid introduction step is repeated a plurality of times, the above cellulose raw material (pulp) is replaced with a phosphorus oxo oxidized pulp to be subjected to a plurality of reactions, and the same. Was calculated.
<リンオキソ酸化パルプのYI値>
製造例1〜10のリンオキソ酸化処理工程の加熱直後(洗浄工程前)のリンオキソ酸化パルプについて、JIS K 7373に準拠し、Colour Cute i(スガ試験機株式会社製)を用いてリンオキソ酸化パルプのYI値を測定した。なお、複数回リンオキソ酸化反応を行った場合は、最後のリンオキソ酸化反応の加熱直後(洗浄工程前)のリンオキソ酸化パルプに対して測定を行った。
<YI value of phosphorous oxidative pulp>
YI of phosphoroxoxidized pulp was measured by using Color Cute i (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.) according to JIS K 7373 for the phosphoroxooxidized pulp immediately after heating (before the washing step) in the phosphoroxooxidation treatment step of Production Examples 1 to 10. The value was measured. When the phosphorus oxo oxidation reaction was performed a plurality of times, the measurement was performed on the phosphorus oxo oxidation pulp immediately after the heating of the last phosphorus oxo oxidation reaction (before the washing step).
<リンオキソ酸化パルプの比粘度および重合度の測定>
製造例1〜10の洗浄工程で得られたリンオキソ酸化パルプについて、繊維状セルロースの比粘度および重合度を、Tappi T230に従い測定した。すなわち、測定対象の繊維状セルロースを分散媒に分散させて測定した粘度(η1とする)、および分散媒体のみで測定したブランク粘度(η0とする)を測定したのち、比粘度(ηsp)、固有粘度([η])を下記式に従って測定した。
ηsp=(η1/η0)−1
[η]=ηsp/(c(1+0.28×ηsp))
ここで、式中のcは、粘度測定時の繊維状セルロースの濃度を示す。
さらに、下記式から繊維状セルロースの重合度(DP)を算出した。
DP=1.75×[η]
この重合度は粘度法によって測定された平均重合度であることから、「粘度平均重合度」と称されることもある。
<Measurement of Specific Viscosity and Degree of Polymerization of Phosphorus Oxidized Pulp>
The specific viscosity and the degree of polymerization of the fibrous cellulose of the phosphoroxoxidized pulp obtained in the washing steps of Production Examples 1 to 10 were measured according to Tappi T230. That is, after measuring the viscosity (η1) measured by dispersing the fibrous cellulose to be measured in the dispersion medium and the blank viscosity (η0) measured only with the dispersion medium, the specific viscosity (ηsp), the intrinsic viscosity The viscosity ([η]) was measured according to the following formula.
ηsp=(η1/η0)-1
[Η]=ηsp/(c(1+0.28×ηsp))
Here, c in the formula represents the concentration of fibrous cellulose at the time of viscosity measurement.
Furthermore, the degree of polymerization (DP) of fibrous cellulose was calculated from the following formula.
DP=1.75×[η]
Since this degree of polymerization is an average degree of polymerization measured by a viscosity method, it may be referred to as a “viscosity average degree of polymerization”.
<第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)>
微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液をイオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈して作製した繊維状セルロース含有スラリーに対し、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ観測される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ(図1)。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の第1解離酸量と等しくなる。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の総解離酸量と等しくなる。なお、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値を第1解離酸量(mmol/g)とした。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値を総解離酸量(mmol/g)とした。
<Measurement of first dissociated acid amount and total dissociated acid amount (phosphorus oxo acid group)>
A fibrous cellulose-containing slurry prepared by diluting a fine fibrous cellulose dispersion liquid containing fine fibrous cellulose with ion-exchanged water to a content of 0.2% by mass was treated with an ion-exchange resin. After that, it was measured by performing titration with alkali.
The treatment with the ion-exchange resin was carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion-exchange resin (Amber Jet 1024; Organo Co., Ltd., already conditioned) to the above-mentioned fibrous cellulose-containing slurry and performing a shaking treatment for 1 hour. , And the resin and the slurry were separated by pouring onto a mesh having an opening of 90 μm.
The titration with alkali was performed by adding 0.1N sodium hydroxide aqueous solution to the fibrous cellulose-containing slurry after the treatment with the ion exchange resin and measuring the change in the pH value of the slurry. .. In this neutralization titration, two points at which the increment (the differential value of pH with respect to the amount of alkali added) is maximized are observed in the curve in which the pH measured with respect to the amount of alkali added is plotted. Of these, the maximum point of the increment obtained first after adding alkali is called the first end point, and the maximum point of the increment obtained next is called the second end point (FIG. 1). The amount of alkali required from the start of titration to the first end point becomes equal to the amount of first dissociated acid in the slurry used for titration. Further, the amount of alkali required from the start of titration to the second end point becomes equal to the total amount of dissociated acid in the slurry used for titration. A value obtained by dividing the alkali amount (mmol) required from the start of titration to the first end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated was defined as the first dissociated acid amount (mmol/g). A value obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the second end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated was taken as the total dissociated acid amount (mmol/g).
なお、製造例1〜10で得られたリンオキソ酸化パルプについても第1解離酸量と総解離酸量の測定を行った。具体的には、製造例1〜10で得られたリンオキソ酸化パルプ100質量部(絶乾質量)を、含有量が2質量%となるようイオン交換水で希釈し、撹拌しながら、1N塩酸水溶液1000質量部を少しずつ添加した。次いで、このパルプ懸濁液を15分間撹拌したのち脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水で希釈し、リンオキソ酸化パルプ100質量部(絶乾質量)に対し、1N塩酸水溶液を1000質量部添加した。この操作を5回繰り返すことにより、リンオキソ酸化パルプ中に含まれるリンオキソ酸基を完全に酸型へ変化させた。さらに、このパルプ懸濁液を撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返すことにより、余剰の塩酸を十分に洗い流した。得られた酸型リンオキソ酸化パルプをイオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈して作製したリンオキソ酸化パルプ懸濁液を高速回転型解繊機(エムテクニック社製、クレアミックス−2.2S)を用いて、21500rpmで、5分間機械処理して得られた懸濁液に対して、上述した方法と同様にアルカリを用いた滴定を行った。 The amounts of the first dissociated acid and the total amount of dissociated acid were also measured for the phosphoroxoxidized pulps obtained in Production Examples 1 to 10. Specifically, 100 parts by mass (absolute dry mass) of the phosphorous oxide pulp obtained in Production Examples 1 to 10 is diluted with ion-exchanged water so that the content becomes 2% by mass, and a 1N hydrochloric acid aqueous solution is stirred. 1000 parts by mass were added little by little. Then, this pulp suspension is stirred for 15 minutes and then dehydrated to obtain a dehydrated sheet, which is then diluted again with ion-exchanged water, and 1000 parts of 1N hydrochloric acid aqueous solution is added to 100 parts by mass of phosphorus oxo-oxidized pulp (absolutely dry mass). Added by mass. By repeating this operation 5 times, the phosphorus oxo acid group contained in the phosphorus oxo oxidized pulp was completely converted to the acid form. Further, the pulp suspension was stirred and uniformly dispersed, and then the operation of obtaining a dehydrated sheet by filtering and dehydrating was repeated to sufficiently wash away excess hydrochloric acid. A high-speed rotary defibrating machine (Clearmix manufactured by M Technique Co., Ltd.) was prepared by diluting the obtained acid-type phosphorus-oxo-oxidized pulp with ion-exchanged water so that the content of the phosphorus-oxo-oxidized pulp was 0.2% by mass. -2.2S), the suspension obtained by mechanical treatment at 21500 rpm for 5 minutes was titrated with an alkali in the same manner as the above-mentioned method.
<微細繊維状セルロース分散液のヘーズの測定>
微細繊維状セルロース分散液のヘーズの測定は微細繊維状セルロース分散液をイオン交換水で0.2質量%となるように希釈した後、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM−150)で、光路長1cmの液体用ガラスセル(藤原製作所製、MG−40、逆光路)を用いて、JIS K 7136に準拠して測定した。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行った。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
<Measurement of haze of fine fibrous cellulose dispersion>
The haze of the fine fibrous cellulose dispersion is measured by diluting the fine fibrous cellulose dispersion with ion-exchanged water to 0.2% by mass and then using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.). Was measured in accordance with JIS K 7136 using a glass cell for liquid (MG-40, reverse optical path, manufactured by Fujiwara Seisakusho) having an optical path length of 1 cm. The zero point measurement was performed with ion-exchanged water contained in the glass cell. Further, the dispersion liquid to be measured was allowed to stand for 24 hours in an environment of 23° C. and 50% relative humidity before the measurement. The liquid temperature of the dispersion liquid at the time of measurement was 23°C.
<微細繊維状セルロース分散液の全光線透過率の測定>
微細繊維状セルロース分散液の全光線透過率の測定は微細繊維状セルロース分散液をイオン交換水で0.2質量%となるように希釈した後、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM−150)で、光路長1cmの液体用ガラスセル(藤原製作所製、MG−40、逆光路)を用いて、JIS K 7361に準拠して測定した。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行った。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
<Measurement of total light transmittance of fine fibrous cellulose dispersion>
The total light transmittance of the fine fibrous cellulose dispersion was measured by diluting the fine fibrous cellulose dispersion with ion-exchanged water to 0.2% by mass, and then using a haze meter (HM-Murakami Color Research Laboratory, HM- 150), using a glass cell for liquid (manufactured by Fujiwara, MG-40, reverse optical path) having an optical path length of 1 cm according to JIS K7361. The zero point measurement was performed with ion-exchanged water contained in the glass cell. Further, the dispersion liquid to be measured was allowed to stand for 24 hours in an environment of 23° C. and 50% relative humidity before the measurement. The liquid temperature of the dispersion liquid at the time of measurement was 23°C.
<微細繊維状セルロース分散液含有シートのYI値の測定>
製造例1〜10で得られた微細繊維状セルロース分散液を、固形分濃度が0.5質量%となるようイオン交換水を添加して濃度調整を行った。次いで、濃度調整後の微細繊維状セルロース分散液100質量部に対して、ポリエチレンオキサイド(住友精化社製、PEO−18)の0.5質量%水溶液を20質量部添加し、塗工液を得た。次いで、得られるシート(上記塗工液の固形分から構成される層)の仕上がり坪量が50g/m2になるように塗工液を計量して、市販のアクリル板に塗工し、50℃の恒温乾燥機にて乾燥した。なお、所定の坪量となるようアクリル板上には堰止用の金枠(内寸が180mm×180mm、高さ5cmの金枠)を配置した。次いで、上記アクリル板から乾燥後のシートを剥離し、微細繊維状セルロース含有シートを得た。次いで、JIS K 7373に準拠し、Colour Cute i(スガ試験機株式会社製)を用いて微細繊維状セルロース含有シートのYI値を測定した。
<Measurement of YI value of sheet containing fine fibrous cellulose dispersion>
The fine fibrous cellulose dispersions obtained in Production Examples 1 to 10 were adjusted in concentration by adding ion-exchanged water so that the solid content concentration became 0.5% by mass. Then, 20 parts by mass of a 0.5% by mass aqueous solution of polyethylene oxide (manufactured by Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd., PEO-18) was added to 100 parts by mass of the fine fibrous cellulose dispersion liquid after concentration adjustment, and the coating liquid was obtained. Obtained. Then, the coating solution is weighed so that the finished basis weight of the obtained sheet (the layer composed of the solid content of the coating solution) is 50 g/m 2, and the sheet is coated on a commercially available acrylic plate at 50° C. It was dried in a constant temperature dryer. A metal frame for blocking (a metal frame having an inner size of 180 mm×180 mm and a height of 5 cm) was arranged on the acrylic plate so as to have a predetermined basis weight. Then, the dried sheet was peeled from the acrylic plate to obtain a fine fibrous cellulose-containing sheet. Then, according to JIS K 7373, the YI value of the fine fibrous cellulose-containing sheet was measured using Color Cute i (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.).
製造例1〜6で得られた微細繊維状セルロースを含む分散液は高透明であり、かつ製造例1〜6で得られた微細繊維状セルロースから形成されたシートにおいては、黄変が抑制されていた。このように、製造例1〜6で得られた微細繊維状セルロースは、微細繊維状セルロース含有組成物の黄変を抑制しつつ、当該組成物の透明性を向上させ得ることが分かった。 The dispersions containing the fine fibrous cellulose obtained in Production Examples 1 to 6 are highly transparent, and in the sheets formed from the fine fibrous cellulose obtained in Production Examples 1 to 6, yellowing is suppressed. Was there. As described above, it was found that the fine fibrous celluloses obtained in Production Examples 1 to 6 can improve the transparency of the fine fibrous cellulose-containing compositions while suppressing the yellowing of the compositions.
Claims (13)
前記繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、前記繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合、A1が1.35mmol/g以上であり、かつA1/A2の値が0.51以上であり、
下記条件(a)でシートを形成した場合、該シートのYI値が6.0以下となる、繊維状セルロース;
条件(a):
固形分濃度が0.5質量%の繊維状セルロース分散液を作製し、該繊維状セルロース分散液100質量部に対して、0.5質量%濃度のポリエチレンオキサイド水溶液を20質量部添加し、塗工液とする;該塗工液を基材上に塗工して坪量が50g/m2のシートを形成する。 A fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group,
When the first dissociated acid amount in the fibrous cellulose is A1 and the total dissociated acid amount in the fibrous cellulose is A2, A1 is 1.35 mmol/g or more and the value of A1/A2 is 0.51. Is over,
Fibrous cellulose having a YI value of 6.0 or less when a sheet is formed under the following condition (a);
Condition (a):
A fibrous cellulose dispersion having a solid content concentration of 0.5% by mass was prepared, and 20 parts by mass of an aqueous polyethylene oxide solution having a concentration of 0.5% by mass was added to 100 parts by mass of the fibrous cellulose dispersion, followed by coating. A coating solution is applied onto a substrate to form a sheet having a basis weight of 50 g/m 2 .
前記亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基の導入量が1.35mmol/g以上であり、
下記条件(a)でシートを形成した場合、該シートのYI値が6.0以下となる、繊維状セルロース;
条件(a):
固形分濃度が0.5質量%の繊維状セルロース分散液を作製し、該繊維状セルロース分散液100質量部に対して、0.5質量%濃度のポリエチレンオキサイド水溶液を20質量部添加し、塗工液とする;該塗工液を基材上に塗工して坪量が50g/m2のシートを形成する。 A fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphite group or a substituent derived from a phosphite group,
The introduced amount of the phosphite group or the substituent derived from the phosphite group is 1.35 mmol/g or more,
Fibrous cellulose having a YI value of 6.0 or less when the sheet is formed under the following condition (a);
Condition (a):
A fibrous cellulose dispersion having a solid content concentration of 0.5% by mass was prepared, and 20 parts by mass of an aqueous polyethylene oxide solution having a concentration of 0.5% by mass was added to 100 parts by mass of the fibrous cellulose dispersion, followed by coating. A coating solution is applied onto a substrate to form a sheet having a basis weight of 50 g/m 2 .
前記リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有するセルロース原料を得る工程は、前記セルロース原料に対し、前記リンオキソ酸及び/又はその塩と、前記尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、加熱する1サイクル工程を複数工程含み、
前記1サイクル工程における前記尿素及び/又は尿素誘導体の分解率が95%以下であり、
前記繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、前記繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合、A1/A2の値が0.51以上である、繊維状セルロースの製造方法。 Fibrous cellulose comprising a step of obtaining a cellulose raw material having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group by mixing a cellulose raw material with phosphorus oxo acid and/or a salt thereof and urea and/or a urea derivative. The manufacturing method of
In the step of obtaining a cellulose raw material having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group, the cellulose raw material is mixed with the phosphorus oxo acid and/or a salt thereof and the urea and/or a urea derivative, Including a plurality of one cycle steps of heating,
The decomposition rate of the urea and/or urea derivative in the one cycle step is 95% or less,
The method for producing fibrous cellulose, wherein A1/A2 is 0.51 or more, where A1 is the first dissociated acid amount in the fibrous cellulose and A2 is the total dissociated acid amount in the fibrous cellulose.
前記亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基セルロース原料を得る工程は、前記セルロース原料に対し、前記亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩と、前記尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、加熱する1サイクル工程を複数工程含み、
前記1サイクル工程における前記尿素及び/又は尿素誘導体の分解率が95%以下である、繊維状セルロースの製造方法。 The cellulose raw material is mixed with a compound having a phosphite group and/or a salt thereof and urea and/or a urea derivative to obtain a cellulose raw material having a phosphite group or a substituent derived from the phosphite group. A method for producing fibrous cellulose comprising steps,
In the step of obtaining the phosphorous acid group or a substituent cellulose raw material derived from a phosphorous acid group, the compound having a phosphorous acid group and/or a salt thereof, and the urea and/or urea derivative are added to the cellulose raw material. Including a plurality of one cycle steps of mixing and heating
The method for producing fibrous cellulose, wherein the decomposition rate of the urea and/or the urea derivative in the one-cycle step is 95% or less.
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